pilas, acumuladores y baterías

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Pilas, acumuladores y baterías
PILAS, ACUMULADORES Y BATERÍAS
Hemos comentado que todos los equipos electrónicos precisan de una alimentación.
Como también pueden funcionar con
pilas es necesario tocar el tema de las distintas fuentes que pueden alimentarlos, ya
que cada vez resulta más habitual utilizar
aparatos independientes de la red eléctrica.
Vamos a conocer la mayor parte de los
modelos existentes para que no nos abandonen en el momento más crítico.
Existe cierto confusionismo al designar cada uno
de los elementos que proporcionan el suministro
eléctrico a los circuitos.
Existen varios tipos de acumuladores,
que luego veremos.
• Finalmente, el término batería hace
referencia a la asociación o conexión de
varias pilas, bien primarias o secundarias, formando un conjunto capaz de
crear una tensión superior, igual a la tensión que suministra un elemento multiplicado por el número de ellos, conocido
como asociación en serie o un conjunto
capaz de proporciona una intensidad
mayor, igual a la capacidad de un elemento multiplicada por el total (asociación en paralelo) (luego veremos que se
entiende como capacidad la intensidad
que pueden proporcionar a lo largo del
tiempo y se expresa en Ah).
A esos elementos se les denomina también celdas.
A este conjunto, si de elementos acumuladores estamos hablando, se le
conoce en inglés como Pack (paquete,
en español).
Por ello, antes que nada, es necesario
precisar la diferencia existente entre pila,
acumulador y batería.
• Pila es el nombre que se da a los elementos simples que proporcionan energía a una linterna o a un receptor de
radio, por ejemplo, aunque se coloquen
agrupados.
También se le denomina elemento primario o pila primaria.
• Acumulador es un elemento secundario capaz de descargarse y volverse a
recuperar mediante un cargador externo
conectado a la red de corriente alterna.
Después volveremos a insistir en la diferenciación de éstos términos.
Pila eléctrica
Dispositivo que convierte la energía química en eléctrica.
Todas las pilas contienen un electrolito
(que puede ser líquido, sólido o en pasta),
un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrolito es un conductor iónico.
Uno de los electrodos produce electrones y
el otro los recibe.
Al conectar los electrodos al aparato que
hay que alimentar, llamado carga, se genera una corriente eléctrica.
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Las pilas en las que el producto químico
no puede volver a su forma original, una vez
que la energía ha sido convertida (es decir,
se han descargado), se llaman pilas primarias o voltaicas.
Volvemos a insistir:
Las pilas en las que el producto químico puede ser
reconstituido pasando una
corriente eléctrica a través
de él en dirección opuesta
a la operación normal de la
pila, se llaman pilas secundarias o acumuladores.
A Alejandro Volta se le atribuye el descubrimiento de la pila.
Ya dimos esta noticia en EL MUNDO DE
LA ILUMINACIÓN pero creemos conveniente repetirla, con más datos.
Alejandro Volta muestra su pila eléctrica ante Napoleón Bonaparte en 1800.
Sin embargo, su descubrimiento no fue
conocido hasta que Volta escribió sobre
el mismo a Joseph Banks, secretario de
la Royal Society de Londres, de la que el
científico italiano era miembro desde
1791, al tiempo que viajaba a París, en
compañía de un colega docente, el destacado químico Brugnatelli.
En aquel tiempo, París era la capital de
la República francesa que, después de
diez intensos años revolucionarios,
parecía apaciguarse, aburguesándose,
tratando de convertirse en un centro
difusor del Arte, las Letras y las
Ciencias, siguiendo los ambiciosos planes culturales y educativos del Primer
Cónsul de Francia, el invicto general
Napoleón Bonaparte.
Volta era portador de una misión oficial
de las autoridades académicas, que querían agradecer a Bonaparte que hubiera
permitido abrir nuevamente las aulas de
la Universidad de Pavía, situada políticamente (a capricho del militar corso) en
territorio de la nueva República
Cisalpina, estado satélite de Francia.
Pero la pila cambió completamente el
interés del viaje.
Así, Napoleón (a quien observamos en
este fresco) junto a ciertos miembros
de la Academia de Ciencias asistió a las
demostraciones que Volta realizó de su
pila, en una sesión pública.
Una comisión académica aconsejó que
se le otorgara, por sus descubrimientos, una medalla de oro.
Fresco de Nicola Cianfanelli (1793-1848)
pintado en 1841. Florencia, Museo de Física
y Ciencias Naturales.
En 1796, el profesor de Física
Experimental de la ciudad italiana de
Pavía, Alejandro Volta, poseía todos los
conocimientos necesarios para construir la pila eléctrica a la que, con el
tiempo, uniría su nombre, y que es el
fundamento de todas las que son utilizadas actualmente.
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La electricidad galvánica y la electricidad producida por las máquinas electrostáticas fueron reconocidas como
idénticas ante la comunidad científica
francesa.
El físico italiano demostró nuevamente
sus conocimientos en el domicilio del
químico Fourcroy, que llegaría a ser
consejero de Estado, y ante los destacados físicos Charles y Lamétherie,
director del Journal de Physique.
Fiel a su política de seducción de científicos e intelectuales, que había adoptado, a sugerencia de Lazaro Carnot,
desde la campaña de conquista de
Italia en 1796, Napoleón otorgó el título
de conde a Volta y le procuró una pensión que fue regularmente abonada.
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En 1803, fue nombrado miembro
extranjero del Instituto de Francia.
La demostración de la pila eléctrica fue
todo un símbolo para la época, de ahí
que fuera inmortalizada por los artistas
franceses en diversos cuadros, estampas y frescos durante el siglo XIX.
Representaba la reconciliación de la
ciencia italiana y la francesa, separadas
desde hacía tiempo.
La italiana más académica, expuesta a
la manera escolástica y positivista. La
francesa deslumbrada por el auge de
las Matemáticas durante el siglo XVIII,
sobre la que centraba sus mayores
esfuerzos.
De suerte que este encuentro, sin
subordinación de unos científicos
sobre
otros,
fue
magnificado,
definiéndose como principio de una
nueva ciencia continental.... en la
Nueva Europa dominada por Francia,
que soñaba Napoleón.
Démonos cuenta que el
descubrimiento de la pila
marca el inicio de una
nueva era.
Y gracias al mismo…
La pila facilitó que varios
científicos ingleses lograran aislar nuevos cuerpos
como el potasio y el
sodio.
Fue la base de los nuevos
conocimientos electrodinámicos
desarrollados
por Oersted, Ohm y
Ampére en los años veinte
del siglo XIX y, en última
instancia, de los cambios
que el mundo observaría
con la invención del motor
eléctrico.
La imagen, que data de 1870, muestra
una batería de pilas elementales compuestas de electrodos de cobre y zinc introducidos en una solución de agua acidulada.
La pila primaria más común fue la pila
Leclanché o pila seca, inventada por el químico francés Georges Leclanché en los
años sesenta del siglo XIX.
La pila seca que se utiliza hoy es muy
similar al invento original. El electrolito es
una pasta consistente en una mezcla de
cloruro de amonio y cloruro de cinc.
El electrodo negativo es de cinc, igual
que la parte exterior de la pila, y el electrodo positivo es una varilla de carbono rodeada por una mezcla de carbono y dióxido
de manganeso, como despolarizante.
Esta pila produce una fuerza electromotriz de unos 1,5 V.
Sin embargo en Internet
hemos localizado pilas
muy antiguas:
Las primeras pilas de la
historia:
Las primeras pilas utilizadas a título
experimental, se derivaban directamente de
la pila de Volta.
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En 1938 el doctor Wilhelm, un arqueólogo austriaco, al revisar material almacenado en el Museo de Bagdad halló un objeto que podría alterar drásticamente
los conceptos aceptados sobre el conocimiento antiguo.
Era un recipiente de unos quince centímetros de alto de cerámica amarilla,
fechado en unos dos milenios atrás, que contenía, entre otras cosas, un cilindro
hecho de una hoja de cobre, de doce por casi cuatro centímetros.
¿Podría tratarse de una pila eléctrica?
Y lo más importante... ¿como llegó a esta conclusión el doctor Wihelm?
Ya hemos comentado que esta vasija estaba compuesta por un cilindro de
cobre, pero además la costura del cilindro estaba soldada por una mezcla de
estaño 60/40 similar a la que se usa hoy en día para soldar.
En el fondo del cilindro había un disco de cobre con los bordes doblados en
forma de tapa y sellado con un material bituminoso como el asfalto.
Otra capa de asfalto sellaba la parte superior, sosteniendo una varilla de hierro
suspendida en el centro del cilindro de cobre.
La varilla mostraba evidencias de haber sido corroída por un agente ácido.
El doctor Konig tenía conocimientos técnicos que le permitieron darse cuenta
de inmediato de que se hallaba ante una antigua pila eléctrica.
La pila hallada en el Museo de Bagdad, Irak, al igual que otras que fueron desenterradas en ese país, está fechada en la época de la ocupación partiana, entre
248 antes de Cristo y 226 después de Cristo.
En el Museo de Bagdad el doctor Konig encontró, además, vasos de cobre
cubiertos con una fina capa de plata que fueron extraídos de excavaciones en
asentamientos sumerios en el sur de Irak, fechados en por lo menos 2500 antes
de Cristo.
Haciendo una leve incisión en estos vasos se descubrió una delgada pátina azul
que es característica de los trabajos plateados por electrólisis sobre una superficie de cobre.
Parecía ser que los partianos podían haber heredado sus pilas de una de las
más antiguas civilizaciones que se conoce.
Hace unos años se propuso que podrían haber utilizado uvas aplastadas como
electrolito o quizá vinagre.
Se probó una réplica de la pila de Bagdad con resultado positivo, obteniendo
0,87 V.
Varias celdas en serie habrían dado suficiente potencial como para hacer el plateado electrolítico de pequeños objetos.
Hace unos años, Motorola anunció un chip de microprocesador que tenía un
consumo muy bajo mostrándolo en funcionamiento, alimentado por dos cables
hundidos en un limón (en ciertos comercios de Argentina se exponían muestras
de este sistema y realmente funcionaba).
Dos metales diferentes y un electrolito ácido son suficientes.
En Internet se pueden encontrar instrucciones para hacer pilas eléctricas con
tiras de metal sumergidas en una solución de sal en agua.
De otros estudios, aparece que el uso de pilas similares podría haber sido normal en el antiguo Egipto, donde se han encontrado en diversos sitios varios
objetos con signos de haber sido plateados eléctricamente.
Hay hallazgos, realizados en otras regiones, que sugieren que el uso de electricidad podría haber sido de gran provecho.
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Uno de ellos es un cinturón, hallado en la
tumba del general chino Chu (265-316
después de Cristo), que está hecho con
una aleación de ochenta y cinco por ciento de aluminio, diez por ciento de cobre y
cinco por ciento de manganeso.
Cierre
de asfalto
Barra
de hierro
Vaso
Electrolito
Cilindro
de cobre
El único método viable de producción de
aluminio a partir de la bauxita es un proceso electrolítico realizado después de que la
alúmina (mineral compuesto que se extrae
del suelo) se ha disuelto en criolita fundida.
Aislamiento
de asfalto
Disco
de cobre
Este método se patentó en el siglo XIX.
Para este proceso las pilas del tipo de
Bagdad no serían suficientes, ya que se
necesita una corriente bastante importante.
¿Curioso, no?
Pilas de alta densidad de energía.
Fundamentalmente existen tres tipos:
• Zinc–carbono o Leclanche: Son las
pilas más baratas y comunes, pero de muy
baja capacidad.
Además se comportan mal a bajas temperaturas, no siendo capaces de suministrar corrientes elevadas.
• Cloruro de Zinc-carbono: Su precio
es intermedio, se comportan bien a baja
temperatura y suministran intensidades elevadas, aunque siguen teniendo una capacidad baja.
• Alcalinas: Son las pilas más caras de
todas pero a cambio tienen mayor capacidad que las anteriores, con un buen comportamiento a bajas temperaturas e intensidades altas de descarga.
Como características principales tenemos su alta capacidad, curvas de descarga
muy planas (poca variación de tensión a lo
largo del tiempo de la descarga) y la disponibilidad de encapsulados muy variados
(pilas botón).
Litio
Voltaje
Pilas primarias
alcalina
carbón zinc
Horas
Otras curvas de descarga.
Podemos encontrar tres tipos también
en este caso:
electrolito ácido
Litio: En general se venden de 3V/celda,
su vida es muy larga (de 10 a 20 años) y se
comportan muy bien en temperaturas
extremas. Su corriente de descarga es baja
y su precio muy elevado.
Litio
plata
mercurio
Ni-Cd
LeClanche
Cloruro
de zinc
alcalina
Curvas de descarga de distintos tipos de pilas.
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Mercurio: En desuso por problemas
ambientales. Sustituidas por:
Óxido de Plata: Son las típicas pilas de
botón actuales de 1,5 V.
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Guía de reconocimiento de los elementos primarios o pilas.
A todas las llamamos genéricamente
pilas, pero sus nombres son variados y
derivan de la composición interna.
Ya sabemos que pueden ser alcalinas,
carbón-zinc, níquel-cadmio, botón, según
tengan mercurio, litio y óxido de plata, zincaire.
Para saber cómo hay que tratar y aprovechar una pila es necesario identificarla, ya
que los fabricantes todavía no las marcan
con un símbolo que nos permita distinguirlas inmediatamente.
Parte interna
de estaño
Electrolito de Parte superior plateado
de acero
hidróxido de
potasio contenido
en material
absorbente
Cemento aislador
Ánodo
de amalgama
de zinc
Caja de acero
interior
Barrera
Material
absorbente
de seguridad
Salida
Cátodo
Envoltura de gases despolarizado de óxido
de mercurio
exterior de
acero
El electrodo negativo es de cinc, el electrodo positivo de óxido de mercurio y el
electrolito es una disolución de hidróxido de
potasio.
Produce unos 1,5 V.
A lo largo de este capítulo
figuran tablas con todos, o
casi todos, los modelos,
tamaños y las normas que
rigen su denominación.
El primer problema que se plantea es la
diversidad de tipos y modelos existentes en
el mercado, que básicamente son las
siguientes:
Pilas Salinas
Son las primeras que aparecieron y ya
las usaban nuestros abuelos.
Tienen menos duración y potencia pero
su contenido tóxico es muy bajo.
Podemos echarlas a la basura sin remordimiento. El problema puede ser reconocerlas como salinas.
Pilas Botón
Otra pila primaria muy utilizada es la
pila de cinc-óxido de mercurio, conocida
normalmente como pila de mercurio.
Puede tener forma de disco pequeño y se
utiliza en audífonos, y relojes de pulsera
eléctricos.
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Son las que contienen más mercurio por
unidad.
Para que nos hagamos una idea, dicen
que uno sólo de esos pequeños botones
podría contaminar 600.000 litros de agua,
una cantidad mayor que la que bebe una
familia de 4 miembros ¡durante toda su
vida!
Las pilas botón de litio (luego hablamos
del litio), en cambio, no contienen ni mercurio ni cadmio, o sea que son una alternativa
interesante para evitar el consumo de los
botones de mercurio.
Las pilas botón pueden reciclarse y
recuperar así productos (mercurio entre
otros) que serán útiles otra vez.
Pilas alcalinas
Este tipo de pila ofrece duración y
potencia, pero a costa de utilizar mercurio.
Aunque el contenido tóxico por unidad
es menor que en las pilas botón, es suficiente, dicen, para contaminar 175.000
litros de agua, más de la que bebe una persona durante toda su vida.
Además, el volumen de ventas de las
pilas alcalinas supera con mucho el de las
pilas botón y sigue creciendo.
Aunque no está muy extendida la técnica de reciclado de estas pilas, está claro
que no pueden echarse a la basura y que
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deben ir a vertederos especiales donde
pueda realizarse su eliminación controlada.
Sin embargo, también son peligrosas,
aunque no contienen mercurio.
De todos modos, la solución es la
incorporación de cantidades más pequeñas de mercurio y la sustitución de éste
por productos no peligrosos, como ya se
viene haciendo en varios países europeos.
En este caso, es el cadmio el metal tóxico que emplean.
Mientras tanto, podemos utilizar otras
menos problemáticas, como las salinas o las
pilas verdes, alcalinas con cero mercurio.
Así que, ¡nada de echarlas a la basura!
Además, ¡dicen que ya se reciclan!
Pilas Verdes
Los fabricantes están comenzando a sacar
al mercado un nuevo tipo de pilas, conocidas
como verdes, ecológicas o biopilas.
Una anécdota: averiguar en
qué nivel energético nos
movemos con una pila alcalina
AA.
La ventaja de esta novedad es que apenas contienen mercurio, así que no dan problemas de contaminación y podemos
echarlas al cubo de la basura.
Las pilas alcalinas tamaño AA
proporcionan unos 2,4 amperios
× hora.
Resumen
Tienen un voltaje de 1,5 voltios, lo
que quiere decir que podrían llegar
a proporcionar unos 3,6 vatios por
hora (siendo optimistas).
Una hora tiene 3.600 segundos,
de modo que eso equivaldría a
unos 12.960 julios.
Un ser humano consume unas
2.000 calorías por día.
Esas (kilocalorías) que miden las
dietas equivalen a 1.000 calorías
de las que se utilizan en química
e ingeniería.
Tipo de pila Características
Toxicidad
Secas
También llamadas
"salinas" o de
"zinc-carbón",
contienen muy poco
mercurio (0,01%)
Muy baja
Alcalinas
Tienen un contenido
de mercurio del 0,5%
Tóxicas
Recargables Contienen cadmio.
No tienen mercurio.
Tóxicas
Botón
Algunas contienen
hasta un 30%
de mercurio
Muy alta
"Verdes"
Carecen de cadmio
Desconocida
y mercurio, aunque se
desconoce parte
de sus componentes.
Una caloría son 4,2 julios.
Por tanto equivalen a 2.000 × 1.000
× 4,2 = 8,4 × 106 julios por día.
Dividiendo un valor por el otro se
obtiene 648.
Eso quiere decir que necesitaríamos unas 648 pilas alcalinas
AA para hacer funcionar a un
ser humano durante todo día.
Tamaños y denominación de las pilas
alcalinas más utilizadas.
Acumuladores Níquel-Cadmio
Este tipo de pilas, de las que luego
hablaremos en profundidad, tiene la característica de que pueden recargarse después
de gastada, así que, bien utilizada, puede
durar años.
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Se corresponden con la imagen de sus
siluetas y son las que más se utilizan.
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Se denominan de dos formas preferentemente, según el orden en el que están en
el dibujo:
Destacamos un valor que
no suele darse actualmente en las pilas alcalinas y es la capacidad de
la que ya hemos hablado y
luego insistiremos.
D o LR 20; C o LR 14; AA o LR 06; AAA
o LR03; PP6 ó 6F 22
USA
IEC
ANSI
Otros
Forma
Voltaje
AAA
LR03
24A
R03, MN2400, AM4,
UM4, HP16, Micro
Cilindro L: 44,5 mm,
D: 10,5 mm
1,5 V
AA
LR06
15A
R06, MN1500, AM3,
UM3, HP7, Mignon
Cilindro L: 50 mm,
D: 14,2 mm
1,5 V
C
LR14
14A
R14, UM2, MN1400,
HP11, Baby
Cilindro L: 46 mm,
D: 26 mm
1,5 V
D
LR20
13A
R20, MN1300, UM1, HP2,
Mono
Cilindro L: 58 mm,
D: 33 mm
1,5 V
PP6
6F22
1602
6F50-2, Energizer 246
Prisma: 69,9mm
× 34,5mm × 34,5mm
9V
Sin embargo, hemos
conseguido estas imágenes representativas de
los distintos tamaños
con el valor de su capacidad.
6F22
• Alcalinas 9 V
• Capacidad: 570 mAh
224
AA
• Alcalinas 1,5 V
• Capacidad: 2.870 mAh
AAA
• Alcalinas 1,5 V
• Capacidad: 1.150 mAh
C
• Alcalinas 1,5 V
• Capacidad: 8.400 mAh
D
• Alcalinas 1,5 V
• Capacidad: 19.500 mAh
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La capacidad de una pila, que no tiene
nada que ver con la de los condensadores,
nos da una idea de cuanto puede durar.
Por ejemplo:
Debe procurarse que la tubería de cobre
se encuentre bien limpia. Para limpiarla lo
mejor es frotarla con un papel de lija.
Para hacerla funcionar sólo hay que unir
los dos cables que salen de los electrodos
a un aparato que funcione con pilas.
Una linterna de diodos leds:
El problema es que esta pila proporciona
una intensidad de corriente muy baja, debido a que tiene una alta resistencia interna,
por ello no siempre se va a conseguir que
funcione.
Independientemente del número de pilas
que lleve, pues sólo nos interesa su tamaño, si medimos el consumo estando encendida (cosa fácil, intercalando un polímetro),
obtendremos un valor que, posiblemente,
se sitúe entre 200 ó 300 mA.
Finalmente dividiendo el valor de la
capacidad por el valor de la medida (la lectura del polímetro) obtendremos un número
bastante elevado de horas de autonomía
que es una característica a tener en cuenta
con este tipo de linternas.
Cómo construir una pila casera
Toda pila consta de dos electrodos (generalmente dos metales) y un electrolito (una
sustancia que conduce la corriente eléctrica). En este caso vamos a utilizar como electrodos los metales cobre y magnesio.
En concreto, vamos a utilizar una tubería
de cobre y un sacapuntas, cuyo cuerpo
metálico contiene magnesio. Como electrolito vamos a utilizar vinagre.
Construir la pila es sencillo, sólo hay que
introducir los electrodos en el interior del
vinagre contenido en un vaso y unir un
cable a cada uno de ellos (tal como muestra la figura).
cables
Hay que elegir el dispositivo adecuado:
un aparato que requiera una potencia muy
pequeña.
Por ejemplo:
Un dispositivo de los que tocan una canción en los juguetes para bebés o de los
que llevan incorporado algunas tarjetas de
felicitación (musicales), un reloj a pilas (sirve
un despertador).
Sólo se debe unir los cables de la pila a
los dos polos del portapilas del aparato.
Pero no olvidemos que hay que hacerlo
con la polaridad correcta, en caso contrario
el aparato no funcionará.
Nota: Mientras no se utilice, hay que
tener el sacapuntas fuera del vinagre para
evitar que reaccione y se deshaga.
Se observará que cuando entran en
contacto, el magnesio del sacapuntas
reacciona con el ácido del vinagre y se
desprenden numerosas burbujas. Se trata
de gas hidrógeno.
Pilas secundarias.
Acumuladores.
Tres son los parámetros más importantes que definen un acumulador:
• La capacidad
tubería de
cobre
Es la cantidad de energía que es capaz
de acumular y por consiguiente, de restituir.
sacapuntas
vinagre
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Se expresa en Amperios-horas y su símbolo es Ah.
Para entenderlo mejor sirva el siguiente
ejemplo:
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Un acumulador de 2Ah es capaz de proporcionar 2A durante 1 hora o 1A durante 2
horas ó 0,5 durante 4 horas, etc.
Un submúltiplo que se utiliza es el
miliamperio-hora, símbolo mAh.
Las variaciones de esta tensión son
debidas en parte a la resistencia interna.
• La resistencia interna
Suele confundirse con la autonomía.
La capacidad varía en función de la tecnología con que se fabrique el acumulador,
desde algunas decenas de mAh para los
acumuladores de botón de Ni-Cd a más de
4000 Ah para los de plomo.
Es preciso saber que la capacidad restituida por un acumulador no es constante,
para una misma carga, pues depende de
las condiciones de la descarga, es decir, si
la temperatura es baja la capacidad disminuye. Lo mismo si la demanda de corriente
es elevada.
Para una misma tecnología la capacidad
de un elemento es proporcional a su volumen.
En contrapartida en dos tecnologías
diferentes y para una misma capacidad, los
volúmenes no son siempre los mismos.
La relación capacidad/volumen peso es
la densidad de energía y se expresa en
Wh/Kg y se conoce como factor de mérito.
Hablaremos en el texto de capacidad
nominal de un elemento y la denominaros
C que es la marcada en la envolvente por el
fabricante, basándose en la norma correspondiente.
• La tensión
Varía en función de la tecnología, y se
conoce como tensión nominal y es la tensión media del acumulador en fase de descarga y en funcionamiento.
Éste valor varía, disminuyendo a lo largo
del tiempo de utilización, dependiendo de
cada tecnología.
Tensiones nominales de un elemento
para las tecnologías principales:
Plomo
Níquel cadmio
Litio
Alcalinas
226
2V
1,2V
3V
1,5V
Es una característica que penaliza al
acumulador. Por ella se provoca la caída de
tensión en el acumulador cuando aumenta
la corriente consumida.
Es debida, en parte, a las conexiones
internas, a la inercia de la reacción química
y a los elementos de protección que se sitúan en el interior del acumulador.
Su valor puede variar de algunas decenas a varias centenas de mΩ, en función de
las tecnologías de fabricación.
El acumulador o pila secundaria, que
puede recargarse revirtiendo la reacción
química, fue inventado en 1859 por el físico
francés Gaston Planté.
La pila de Planté era una batería de
plomo y ácido, y es la que más se utiliza en
la actualidad.
Esta batería que contiene de tres a seis
pilas conectadas en serie, se usa en automóviles, camiones, aviones y otros vehículos.
Su ventaja principal es que puede producir una corriente eléctrica suficiente para
arrancar un motor; sin embargo, se agota
rápidamente.
El electrolito es una disolución diluida de
ácido sulfúrico, el electrodo negativo es de
plomo y el electrodo positivo de dióxido de
plomo o plomo esponjoso.
En funcionamiento, el electrodo negativo
de plomo se disocia en electrones libres e
iones positivos de plomo.
Los electrones se mueven por el circuito
eléctrico externo y los iones positivos de
plomo reaccionan con los iones sulfato del
electrolito para formar sulfato de plomo.
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Cuando los electrones vuelven a entrar
en la pila por el electrodo positivo de dióxido de plomo, se produce otra reacción
química. El dióxido de plomo reacciona
con los iones hidrógeno del electrolito y
con los electrones formando agua e iones
plomo; estos últimos se liberarán en el
electrolito produciendo nuevamente sulfato de plomo.
Un acumulador de plomo y ácido se
agota porque el ácido sulfúrico se transforma gradualmente en agua y en sulfato de
plomo.
Las pilas “secundarias” o recargables
satisfacen necesidades muy distintas.
Actualmente existen tres tipos de pilas
recargables que dominan el mercado: las
de plomo, las de níquel-cadmio y las de
níquel-hidruro.
Vamos a analizar primero las de plomo y
níquel-cadmio.
Pilas de plomo y níquel-cadmio
En la carga, las reacciones químicas
descritas anteriormente se invierten hasta
que los productos químicos vuelven a su
condición original.
Volvemos a aclarar que se
confunde el término pila
con el de batería.
Una pila primaria es un
elemento del compuesto
que sea.
Una batería de plomo y ácido, para automóviles, tiene una vida útil de unos cuatro
años.
Proporciona 1,5 V, normalmente, y hasta 3 V si se
trata de una de Litio.
Produce unos 2 V por elemento.
Recientemente, se han desarrollado
baterías de plomo para aplicaciones especiales con una vida útil de 50 a 70 años.
Un
elemento
de
Níquel–Cadmio es una pila
secundaria o recargable.
Otra pila secundaria muy utilizada es la
batería de níquel y hierro, ideada por el
inventor estadounidense Thomas Edison en
torno a 1900.
Cuando varios elementos
van asociados, en serie o
paralelo conseguimos una
batería.
El principio de funcionamiento es el
mismo que en la pila secundaria de ácido y
plomo, pero aquí el electrodo negativo es
de hierro, el electrodo positivo de óxido de
níquel y el electrolito es una disolución de
hidróxido de potasio.
La pila de níquel y hierro tiene la desventaja de desprender gas hidrógeno durante
la carga.
Se usa principalmente en la industria
pesada.
La batería de Edison tiene una vida útil
de unos diez años y produce aproximadamente unos 1,2 V.
Otro acumulador alcalino similar al de
Edison es el de níquel y cadmio, en el que
el electrodo de hierro se sustituye por uno
de cadmio.
Produce también 1,2 V y su vida útil es
de unos 25 años.
El mundo del automatismo electrónico
Por eso hablamos de batería al referirnos a la de nuestro coche.
Las baterías de plomo reinan en nuestros automóviles pero sólo destinadas a
cubrir las necesidades de arranque, iluminación e ignición (no tienen suficiente energía para mover el coche).
Borne positivo
Borne negativo
Tapas de salida
Disolución
electrolítica (ácido
sulfúrico diluido)
Conector de
las placas
Revestimiento
protector
Electrodo
positivo (dióxido
de plomo)
Separador de
placas
Electrodo
negativo (plomo)
Acumulador de plomo.
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Pilas, acumuladores y baterías
Las pilas de níquel-cadmio, alojadas en
grupos de 4 o de 5 elementos, a falta de
mejores baterías, se emplean en artículos
de electrónica de consumo como videocámaras y ordenadores o teléfonos móviles.
Además de la necesidad de mejoras técnicas en las baterías actuales, los usuarios
deben saber que los elementos que las
componen son altamente contaminantes,
especialmente el plomo y el cadmio, y que
en el caso de este último, los procesos de
reciclado no están bien establecidos.
Sin embargo, la demanda del mercado
de baterías recargables es previsible que
siga creciendo tanto a corto como a medio
plazo.
¿Que tecnología es la ideal para el desarrollo de nuevas baterías recargables?
En general, cada tecnología tiene características que se ajustan mejor a ciertas
aplicaciones, y existen asimismo numerosos y variados tipos de baterías que se pueden considerar hoy en día en estado de
desarrollo.
Una breve lista podría incluir baterías
sodio/azufre, zinc/aire, hidruro metálico/óxido de níquel y baterías de litio.
Las baterías de plomo no sólo se utilizan
en el coche.
Cuando queremos alimentar una alarma
de tal forma que tenga autonomía cuando
se va la luz, podemos utilizar una batería
hermética de plomo gel de 12 V o de 6V,
como la que se representan a continuación:
Son elementos individuales de 2 V unidos por soldadura para conseguir los 12V
habituales.
Entonces, ¿baterías de plomo o Ni-Cd?
Coste/Prestaciones
Las baterías de plomo-gel son aproximadamente de 2 a 4 veces menos caras
que las baterías de Ni-Cd.
Sin embargo, las Ni-Cd, si se cuidan
apropiadamente (¡ésta es la clave del
asunto!) pueden recargarse de 3 a 5 veces
más que las baterías de plomo-gel.
El coste de un cargador para un tipo de
baterías u otro es el mismo, más o menos,
pero es importante resaltar que las baterías
de plomo necesitan un tipo diferente de
cargador que las baterías Ni-Cd.
En resumen, las baterías Ni-Cd son, al
menos, tanto o más baratas que las de
plomo si se usan frecuentemente a lo largo
de su vida útil.
Sin embargo, si se emplean de forma
ocasional, las de Ni-Cd son más caras,
puesto que su vida útil acabará en el estante de un armario, antes de utilizar todas las
cargas disponibles.
Las baterías Ni-Cd son, en general, un
30% más ligeras que las de plomo para una
cantidad de energía dada.
Es una diferencia significativa.
Características de almacenamiento
Se trata de una batería de plomo-gel 12V
7Ah, hermética, sin mantenimiento.
No sólo se presentan en ese formato,
existe otros menos conocidos a escala
doméstica pero más utilizados en usos
industriales:
228
Las baterías de plomo-gel mantienen su
carga completa durante dos meses o más
cuando están almacenadas, sin cargador
alguno.
Las baterías Ni-Cd pierden aproximadamente un 1% de su carga cada día que
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Pilas, acumuladores y baterías
pasa, debido a un fenómeno conocido
como "auto-descarga".
Carga de acumuladores de níquel cadmio
Cargador
Batería
Carga
Características de la descarga
Las baterías Ni-Cd tienen una curva de
descarga voltaje - tiempo más plana que las
baterías de plomo.
Esto significa que un foco alimentado
con una de ellas dará una cantidad de luz
constante durante toda su utilización, mientras que con una batería de plomo, la luz irá
bajando de intensidad a medida que la
batería se descargue.
No debe permitirse la descarga total de
ninguna batería, por abandono.
Ambos tipos de baterías, ya sean Ni-Cd
o de plomo-gel pueden dañarse gravemente si se descargan, en uso, por debajo del
75% de su voltaje original.
Para cargar rápidamente baterías de
plomo o Ni-Cd (carga completa en 2 o 4
horas), se necesita un "cargador inteligente".
Para recargar una batería, es necesario
hacer pasar una cantidad de energía a través de ella (Flujo de corriente).
Esta cantidad de flujo de energía es lo
que llamamos intensidad de carga, que se
mide en miliamperios (mA) y de la que
depende el tiempo necesario para lograr la
carga completa de la batería.
La intensidad de carga es de vital importancia durante la carga de la batería, pues
un exceso de ella pueda dañar, deteriorar o
disminuir la vida útil de la batería.
Básicamente existen cuatro métodos de
carga para acumuladores de Ni-Cd.
Carga larga o normal
Carga rápida
Carga acelerada
Carga de goteo
• Carga larga o normal:
Estos cargadores comprueban el estado
de la batería durante el proceso de carga,
suministran toda la corriente que sea necesaria y cuando la batería está cargada,
reducen el flujo de corriente (o suministran
pulsos de corriente a intervalos) para mantener la batería sin dañarla.
Este tipo de cargador inteligente está
muy bien para las baterías de plomo, pero
no es realmente necesario, ya que un simple cargador de voltaje regulado funcionará
perfectamente.
El cargador deberá suministrar de 6,90 a
6,95 voltios para una batería de plomo de 6
voltios, y de 13,8 a 13,9 voltios para una
batería, también de plomo, de 12 voltios.
Las baterías de Ni-Cd realmente sí se
benefician de un cargador inteligente.
El mundo del automatismo electrónico
En ingles conocida como (Overnight) con
este método una batería recargada alcanza
su 100% de carga entre 14 a 16 horas. El
valor de la carga está determinada por la formula C/10, donde C corresponde a la capacidad de la batería en miliamperios hora.
Ejemplo: Para cargar una batería de 600
mAh, el valor de carga para carga normal
será de 60 mA, Para una batería de 700
mAh, será de 70 etc.
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Pilas, acumuladores y baterías
Este método de carga es el más usado y
además el más seguro, pues los acumuladores de Ni-Cd pueden permanecer bajo
esta carga durante largos periodos, días e
incluso semanas, sin sufrir daños.
• Carga rápida: En ingles “QUICK”. Una
batería de Ni-Cd descargada, puede
alcanzar su carga máxima en 4 o 6
horas, el valor de carga esta determinada por C/3, es decir, la capacidad especificada de la batería dividida por 3.
No es recomendable dejar los acumuladores a esta carga más de 6 horas,
pues esto puede generar una sobrecarga de la batería.
teniendo siempre el 100% de la carga. El
uso de este valor de carga es sólo para
mantenerla en esta situación, pero no
para cargarla.
Antes de usar este método, se debe cargar por completo la batería, preferiblemente con carga normal (16 horas).
Nota: Las celdas de batería de níquel
cadmio deben cargarse siempre en serie y
nunca en paralelo.
Cargador
Batería
Medida de la intensidad de carga
La intensidad de carga de una batería,
es en realidad la cantidad de corriente que
circulará a través de ella mientras dure ese
proceso.
Muchos acumuladores de Ni-Cd pueden
aceptar este tipo de carga, pero este no
es muy recomendable, porque disminuye el tiempo de vida útil de la batería.
• Carga Acelerada: En ingles "FAST”. Con
una carga acelerada se logra el 100 %
de la carga de la batería en 15 minutos o
menos. El valor de carga lo determina la
formula 3C o tres veces la capacidad
especificada de la batería. Muchos acumuladores de Ni-Cd hoy en día aceptan
este tipo de carga, sin embargo, esta
sólo debe realizarse utilizando cargadores especializados porque el tiempo de
carga es muy crítico para prevenir la
sobrecarga y deterioro de la batería.
• Carga de goteo: En ingles “TRICKE” o
“FLOAT” Este tipo de carga proporciona
a la batería la energía perdida durante el
tiempo en que este sin uso. El valor de la
carga se define como C/50 (capacidad
especificada dividida por 50). Los acumuladores de Ni-Cd pueden permanecer bajo esta carga durante un tiempo
indefinido, sin que sufran daños y man-
230
Para medir ese valor es necesario abrir
el circuito entre el cargador y la batería e
intercalar el aparato de medida, para hacer
que esta corriente circule por el instrumento de medida (miliamperímetro) como se
ilustra en el siguiente dibujo.
Miliamperímetro
Cargador
Batería
Si el instrumento a utilizar es análogo (de
aguja), la polaridad de conexión es importante, por ello debemos asegurarnos de
que se correcta.
Atención: Si el instrumento (miliamperímetro), a pesar de estar bien conectado,
marca corriente negativa (desvío de la aguja
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Pilas, acumuladores y baterías
en sentido contrario), la corriente está circulando de la batería hacia el cargador y
por tanto no se está cargando sino que al
contrario, se esta perdiendo carga.
Debemos revisar el cargador.
Un sencillo cargador
El circuito que se muestra a continuación consiste en un sencillo sistema para la
carga de acumuladores de níquel cadmio
que suministra una corriente constante al
paquete y que es de fácil construcción.
Calculemos ahora la potencia de la
resistencia que usaremos:
PRs = VRs x I (Corriente deseada)
PRs = 1,25 x 0,060 = 0,075 vatios
Por tanto una resistencia de ¼ de vatio
(0,25 vatios) será más que segura para
nuestro sistema.
Si la potencia disipada por la resistencia
es superior a la potencia nominal de la
resistencia, esta sufrirá calentamiento y
probablemente se quemará.
• Selección del transformador:
EL transformador deberá tener un voltaje secundario superior al voltaje mínimo
de fuente (Vmin.fte) que acabamos de calcular. Unos 3 voltios por encima de este
valor estará bien.
230 V
El voltaje primario dependerá de el que
se disponga en la zona donde se use el
cargador normalmente (230 voltios).
• Rectificador o puente de diodos:
Consideraciones para la realización:
• Resistencia Rs: De esta resistencia
depende el valor de carga del sistema.
Para calcularla se utiliza la formula 1,25 /
corriente deseada en amperios, por
ejemplo, para un valor de carga de 60
mA 1,25 / 0,060 = 20,83 ohmios (1
Amperio = 1000 mA).
Con la corriente deseada y el valor de la
resistencia Rs calculado podremos
conocer la caída de voltaje en la resistencia Rs, así:
Debe tenerse en cuenta que la corriente
que éste soporte sea superior a la corriente de carga. Ejemplo para un cargador de
unos 500 mA servirían diodos de 1 amperio como mínimo, por seguridad.
• Dibujo de ayuda para su montaje:
Transformador
Resistencia
• VRs = Corriente deseada x Rs
En nuestro ejemplo:
Diodos
VRs = 0,060 x 20,83 = 1,25 Voltios
Esto significa que para obtener la
corriente deseada del sistema, debemos
tener un mínimo voltaje de fuente de alimentación de:
Vmin.fte = Voltaje de batería + VRS
Para nuestro ejemplo suponiendo que la
batería que queremos cargar es de 4,8 V
Vmin.fte = 1,25 + 4,8 = 6,05 Voltios
El mundo del automatismo electrónico
Problemas de las baterías (paquetes) de
acumuladores:
No siempre cuando un paquete de acumuladores deja de funcionar correctamente
hay que reemplazarlo por completo, por lo
general, el problema lo ocasiona una o
algunas de sus celdas.
Con la ayuda de un voltímetro hay que
chequear el voltaje en cada una de las cel-
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Pilas, acumuladores y baterías
das, si alguna de ellas tiene un voltaje inferior al voltaje predeterminado (1,1 voltios),
debemos reemplazarla teniendo en la cuenta usar el mismo tipo de celda y preferiblemente la misma marca.
Los tamaños de las pilas están bastante normalizados, de modo que sabiendo de
qué modelo se trata utilizaremos el cargador adecuado para conseguir el mejor rendimiento posible.
He aquí algunos consejos para conservar los acumuladores:
El voltaje del acumulador
(medido en Voltios) y su
capacidad (medida en
miliamperios por hora) es
como el agua en un botijo.
• No exponer sus acumuladores a temperaturas extremas. El exceso de calor o
de frío puede ser fatal.
• Cuando no estén en uso, deben guardarse completamente cargados, lo que
evitará la formación de corto circuitos en
las celdas.
El voltaje indica la fuerza
del chorro, mientras que la
capacidad del botijo nos
indica cuanta agua puede
contener.
• Tener cuidado de no sobrecargarlos, lo
que puede ocurrir por un exceso de
tiempo de carga o un valor elevado de
ésta.
Deben inspeccionarse periódicamente
en busca de sulfatos, malas soldaduras o
deterioro de cables.
Las pilas recargables (o acumuladores)
de Ni-Cd, que utilizaremos como elementos
sueltos en sustitución de las alcalinas tienen el mismo formato que aquellas.
Es decir, que la tabla que vimos para las
alcalinas es válida, salvo alguna modificación, como podemos observar:
Un sólo acumulador de Ni-Cd proporciona 1,2 Voltios y cuando conectamos siete
elementos en serie, obtenemos 8,4 Voltios
(1,2 V x 7 pilas = 8,4 V).
Cargadores lentos y cargadores rápidos.
Los cargadores de elementos recargables sirven para regenerar la corriente y el
voltaje (el contenido y el chorrillo del botijo)
de las pilas de Ni-Cd.
USA
IEC
ANSI
Capacidad en m/Ah
Forma
Voltaje
AAA
LR03
24A
De 750-800
Cilindro L: 44,5 mm,
D: 10,5 mm
1,2 V
AA
LR06
15A
De 1.700-2.500
Cilindro L: 50 mm,
D: 14,2 mm
1,2 V
C
LR14
14A
De 2.500-3.000
Cilindro L: 46 mm,
D: 26 mm
1,2V
D
LR20
13A
De 4.000-4.500
Cilindro L: 58 mm,
D: 33 mm
1,2 V
PP6
6F22
1602
De 180-250
Prisma: 69,9 mm
× 34,5mm × 34,5mm
8,4 V
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Pilas, acumuladores y baterías
Casi todos los cargadores que se
comercializan son cargadores lentos, necesitando 14 o 16 horas o más para recargar
un elemento completamente agotado.
También tenemos cargadores rápidos
diseñados para proporcionar más corriente
y voltaje, completando la recarga de la pila
en 15 minutos.
El tipo de cargador marca el tiempo
necesario para las recargas.
Hay que explicar también que la recarga
sólo debe hacerse cuando la batería esta
completamente descargada (vamos, lo que
se dice "vacía") para no dañarla.
Esto lo conseguimos por medios artificiales, mediante un descargador de baterías (una simple resistencia disponible en las
tiendas de componentes electrónicos).
Pero existen cargadores que lo primero
que hacen es descargar los elementos y
después cargarlos.
Los cargadores rápidos son interesantes
cuando utilizamos muchas baterías, pero si
tenemos alguna de repuesto, es mejor usar
un cargador lento.
Los cargadores diseñados para este tipo
de carga, son los más complejos y costosos, pues posen, además de una fuente de
corriente constante, circuitos especialmente diseñados para detectar el
V (incremento de Voltaje) y el tiempo de carga recomendado por los fabricantes.
Para realizar cargas en tiempos entre 1 ó
2 horas, se aplica a la batería una corriente
entre 0,5C a 1C (C/2 a C) hasta que es
detectado un descenso en el voltaje ( V
negativo ver grafico del comportamiento
del voltaje durante la carga).
Voltaje / Celda (V)
Ni-Cd
Ni-Mh
El mundo del automatismo electrónico
Carga de acumuladores de Plomo-Ácido
Los acumuladores de plomo-ácido requieren para su carga un tratamiento diferente a
los acumuladores de Ni-Cd y Ni-Mh, ya que
se utiliza una carga a tensión constante.
- Voltaje Constante
La carga de acumuladores de PlomoÁcido se logra aplicando a la batería un voltaje constante de 2,45 voltios por celda (Ej.
Para una batería de 12 voltios, que tiene 6
celdas serán 14,7 V), con una temperatura
ambiente de 20 a 25 ºC. La carga estará
completa cuando la corriente se mantiene
estable durante 3 horas.
- Voltaje constante y corriente constante
En este método se carga la batería controlando la corriente a 0,4C y el voltaje a
2,45 voltios por celda (Ej. Para una batería
de 6 voltios, que tiene 3 celdas serán
7,35V), con una temperatura ambiente de
20 a 25 ºC durante 6 a 12 horas dependiendo de estado de descarga de la batería.
- Carga Rápida
Se necesita una corriente elevada en un
corto periodo de tiempo para restablecer la
energía que ha sido descargada.
Es necesario el control de la corriente de
carga, para prevenir la sobrecarga cuando
la carga se ha completado.
Los requerimientos básicos de un cargador rápido para acumuladores de plomo
son:
• Suficiente capacidad de corriente
Comportamiento del voltaje durante la carga
Entrada de carga (% de Capacidad)
Después de detectar el descenso en voltaje de las celdas, automáticamente se
reduce la corriente a un valor mínimo necesario para el sostenimiento de la carga (0,05
a 0,033 C).
• La corriente de carga debe ser automáticamente controlada para prevenir la sobrecarga incluso en cargas prolongadas.
• La temperatura ambiente no debe se
superior a 40 ºC ni inferior a 0 ºC.
• Debe garantizarse un ciclo de utilización
(Carga/descarga) seguro, de acuerdo a
las recomendaciones del fabricante.
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Pilas, acumuladores y baterías
hasta los mismos niveles, no admitiendo
más carga ni dando mas potencia de la que
ha memorizado.
Comparación de parámetros de los
acumuladores durante la carga
Lo podemos observar en aquellos que
no dan el rendimiento de los nuevos o que
no parecen tan eficaces como las demás.
Sobrecarga
Carga
V
Corte
Temperatura (T)
Corriente (I)
Tiempo de carga
Al conectar un acumulador descargado
al equipo cargador, el voltaje por cada celda
se incrementará progresivamente hasta
alcanzar el 100% de la capacidad de carga.
Cuando se alcanza el 100% de la capacidad, se nota un leve descenso en el voltaje por celda, es decir, el V (Delta de V) se
hace negativo.
Nótese que en el acumulador de Ni-Mh
(Níquel Metal Hidruro) el V es mucho
menor, es decir, la pendiente del descenso
es mas leve.
La temperatura también presenta un
ascenso durante la carga, sin embargo, la
pendiente en la temperatura de los acumuladores de Ni-Mh (Níquel Metal Hidruro) es
más alta.
Comportamiento de la Temperatura durante la carga
El remedio es dolorosamente caro: hay
que comprar un elemento nuevo.
Existe un sistema para resucitar elementos con efecto memoria, bastante agresivo
y peligroso si no se hace correctamente,
pero el elemento "resucitado" no vuelve a
ser el mismo, como los zombis, así que no
merece la pena mencionarlo.
Cuando tengamos un elemento nuevo,
nos aseguraremos de descargarlo completamente después de usarlo y cargarlo
correctamente para la próxima ocasión.
Evitaremos guardarlos cargados durante
mucho tiempo, pues la carga se disipa lentamente y podemos encontrarlo completamente descargado.
Los cargadores lentos suministran una
corriente y voltaje muy bajos durante
mucho tiempo consiguiendo de esa manera una recarga correcta.
El tiempo necesario varía según cada
modelo, pero la mayoría necesitan 14 ó 16
horas para que una batería completamente
descargada se recupere y empiece a estar
caliente al tacto.
Este ligero aumento de la temperatura
indica que el ciclo de carga esta completo y
se esta convirtiendo en calor el exceso de
energía eléctrica que se aplica.
Temperatura (oC)
No cargar un elemento acumulador o
continuar cargándolo si esta caliente al
tacto.
Ni-Cd
Ni-Mh
Entrada de carga (% de Capacidad)
En casos extremos, aparece lo que se
conoce como "efecto memoria" por haberse cargado y descargado muchas veces
234
Temperatura de la celda
Voltaje de la celda
Voltaje (V)
Si el calor es intenso seguramente estaremos dañando el elemento lo que nos
traerá problemas más adelante.
Los cargadores rápidos completan la
recarga de una batería de 2.200 mAh en 15
minutos aproximadamente.
Con este tipo de cargador hay que tener
mucho cuidado con el calentamiento de la
batería y desconectarlo en cuanto la notemos caliente al tocarla.
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Pilas, acumuladores y baterías
Aunque son eficaces y rápidos, los
resultados de la carga lenta son mejores a
largo plazo, consiguiendo más voltaje y
duración que con las cargas rápidas.
Si disponemos de una fuente de alimentación y de un portapilas del tamaño
de las pilas que deseamos cargar, podemos
hacerlo de la siguiente forma:
Una buena solución es hacer una carga
rápida de 15 minutos y luego dejarlas en
carga lenta durante 2 ó 3 horas.
Leemos en las instrucciones de carga,
que figuran en el blister, dos valores importantes, el valor de la intensidad de carga y
el tiempo, ajustamos ese valor de intensidad en la escala de la fuente y respetando
el tiempo tendremos las pilas perfectamente cargadas.
Así obtendremos un buen rendimiento y
las mantendremos en mejores condiciones
para mantener el máximo de carga.
Después de la carga, debemos notar la
pila templada.
Usando sólo cargadores lentos podemos garantizar la máxima capacidad y voltaje de las pilas, aunque podemos usar los
rápidos, cuando necesitemos disponer con
urgencia de ellas.
Los elementos de níquel cadmio, en
usos industriales llevan soldados unas lengüetas que permiten montar packs (paquetes), del estilo de la foto.
Es una buena precaución hacer 2 ó 3
cargas lentas por cada carga rápida, para
mantener el máximo de capacidad en el
futuro.
Realizar cargas rápidas por sistema termina por reducir las prestaciones y si sólo
tenemos cargadores rápidos terminaremos
comprando más pilas que si las acondicionamos con unas recargas adecuadas.
Así se presentan para ser alojadas en
teléfonos inalámbricos, por ejemplo.
Vamos a ver un cargador curioso que
carga tamaños AAA, AA, C, D y 6F22.
Observamos cómo se convierten los elementos más pequeños en mayores.
Las pilas recargables de Ni-Cd ó Ni-NH
pueden alojarse en portapilas para formar
una batería.
Existen portapilas para distintos formatos capaces de alojar varias unidades.
El mundo del automatismo electrónico
En el MUNDO DE LA ILUMINACIÓN
hablamos de los Kits de emergencia.
En la imagen anterior podemos ver, de
nuevo, cómo está constituido.
La batería tipo bastón está formada por 5
elementos, atención no del tipo C, son más
pequeños, con una longitud de 42,2 mm,
y un diámetro de 22,2 mm y 1, 5 A/h y conocidos con Cs (C sub s).
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Pilas, acumuladores y baterías
• Aptitud en altas temperaturas:
Acumuladores recargables Ni-Mh
(Níquel-Metal-Hidruro)
Muchas de las características de funcionamiento de los acumuladores de Ni-Mh
son similares a las de los acumuladores de
Ni-Cd (Níquel Cadmio).
Sin embargo, los acumuladores de NiMh (Níquel Metal Hidruro) tienen como
ventaja la alta densidad de energía (o
capacidad) que implica un mayor tiempo
de vida.
Además, el Ni-Mh (Níquel Metal Hidruro)
es ambientalmente más ecológico que el
Ni-Cd y otros sistemas por no contener adiciones de Cadmio ni plomo.
Son capaces de operar en descarga con
temperaturas desde 20 ºC hasta 50 ºC y
en carga desde 0 ºC hasta 45 ºC.
• Carga de acumuladores de Ni-Mh
(Níquel-Metal-Hidruro)
La recarga es el proceso por el cual se
reestablece la energía que ha sido des
cargada del elemento.
La vida útil de un elemento depende de
los ciclos de carga y descarga a la que
sea sometido.
Los principales criterios para una carga
efectiva son:
- Seleccionar el valor apropiada de la misma.
- Limitar la temperatura.
RESUMEN DE CARACTERÍSTICAS:
• Mayor Capacidad:
Entre un 30-50 por ciento más de capacidad y tiempo de servicio que un elemento estándar de Ni-Cd de tamaño
equivalente.
Voltaje (V)
Comparación voltaje y capacidad de acumuladores
de mismo tamaño en NiCd y NMh
NiMhC/5
NiCdC/d
Porcentaje Amperios Hora (Ah%)
• Altos niveles de descarga:
Como la resistencia interna de los acumuladores de Ni-Mh (Níquel-MetalHidruro) es baja, se permiten valores
más elevados de descarga de 2 y hasta
3 veces su capacidad.
• Carga Rápida:
Pueden cargarse con rapidez (aproximadamente 1 hora) usando para ello
un sistema cargador especialmente
diseñado.
236
- Seleccionar una técnica apropiada
para la terminación de la carga.
Las características de recarga de las acumuladores de Ni-Mh (Níquel-MetalHidruro) son generalmente similares a las
de Ni-Cd (Níquel Cadmio). Sin embargo,
existen algunas diferencias particularmente en los requerimientos para el control de carga, dado que los acumuladores
de Ni-Mh (Níquel Metal Hidruro) son mas
sensibles a las sobrecargas (Se deterioran significativamente con sobrecargas).
No utilizar cargadores para acumuladores de Ni-Cd (Níquel Cadmio) para cargar acumuladores de Ni-Mh (Níquel
Metal Hidruro).
El método de carga más común para NiMh (Níquel Metal Hidruro) es el uso de
una corriente constante, con una
corriente limitada para impedir incrementos altos en la temperatura.
Son mas sensibles a las sobrecargas, a
su vez la carga genera en ellos aumentos
más rápidos en la temperatura lo cual
también la deteriora.
Pueden cargarse rápidamente en periodos
de 1 hora con valores de carga de 1C, sin
embargo para evitar el deterioro de los
acumuladores, debe utilizarse para ello
equipos cargadores especialmente diseña-
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Pilas, acumuladores y baterías
dos que protejan la batería de las sobrecargas y los excesos de temperatura.
• Carga Lenta
Para ello cargar los acumuladores con
una corriente constante a un valor de
C/10 con una terminación de carga delimitada por tiempo (12 Horas), es un
método conveniente para cargar completamente las acumuladores de Ni-Mh
(Níquel Metal Hidruro).
La carga deberá detenerse después 12
horas para un elemento completamente
descargado. Sí la batería no esta completamente descargada, la aplicación de 12
horas de carga, sobrecargará el elemento.
• Carga Rápida (4 Horas)
Una batería Ni-Mh (Níquel-Metal-Hidruro)
puede ser cargada con eficiencia y seguridad utilizando corrientes superiores a
las descritas anteriormente. Es necesario
sin embargo un control de carga para terminarla antes de que la batería alcance
los límites de temperatura recomendados
por el fabricante.
La alternativa al plomo
y al cadmio: el litio
Todas las baterías descritas tienen ventajas, e inconvenientes que se intentan evitar con diseños adecuados, pero las baterías de litio, junto quizá a las de hidruro
metálico son las que van encontrando un
mayor consenso en cuanto a su potencial y
un mayor esfuerzo en su investigación y
desarrollo a nivel mundial.
Son muchas las razones que han originado esta aprobación.
En primer lugar el litio es el metal más
ligero, ver la tabla periódica de los elementos, y esto da lugar a una alta capacidad
específica, lo que permite obtener la
misma energía con un peso muy inferior.
Ver figuras.
Una batería completamente descargada
puede cargarse a un valor de C/3 con un
temporizador que corte la carga en 3,6
horas. La temperatura de las acumuladores no puede exceder los 55 ºC por celda.
Para cargar completamente acumuladores Ni-Mh en 1 hora sin sobrecargarlos
y sin que éstos sufran deterioro por la
temperatura, es necesario que el cargador esté equipado con sistemas de
terminación de carga combinados
(Temperatura dT/dt, Voltaje V, Tiempo).
Los fabricantes recomiendan hacer la
carga en tres pasos:
Carga específica para distintos ánodos
Carga Específica (Ah / Kg)
• Carga Súper Rápida (1 Hora)
Masa necesaria para producir 1 Amperio durante 1 hora
- Cargar a un valor de 1C hasta detectar
un incremento en la temperatura por
celda de 1 ºC por minuto.
- Aplicar una carga de C/10 terminada
por temporizador en ½ hora.
- Después aplicar una corriente de sostenimiento de C/300.
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Pilas, acumuladores y baterías
Cuando un ánodo de litio metálico se
combina con cátodos de ciertos óxidos de
metales de transición, las celdas electroquímicas reversibles que resultan presentan
valores de voltaje superiores al de otros sistemas lo que se traduce en una alta densidad de energía.
Además de sus características técnicas,
la tecnología de litio es de las más versátiles y puede llegar a encontrar aplicaciones
múltiples, desde las que requieren pequeñas y delgadas microbaterías hasta baterías
de alta capacidad y reducido peso para
automóviles.
Finalmente, y a diferencia del plomo o el
cadmio, los materiales que componen las
baterías de litio más prometedoras no
representan un problema de posible contaminación ambiental.
En los primeros prototipos de baterías
de litio el electrodo positivo (cátodo) era
normalmente un óxido o sulfuro metálico
con la facultad de incorporar y separar
iones litio en los procesos de descarga y
carga de la batería de un modo reversible.
El electrodo negativo (ánodo), en estos
primeros sistemas, estaba constituido por
litio metálico que debía sufrir procesos
igualmente reversibles de disolución durante la descarga y deposición durante la
recarga.
capacidad, obteniendo así una gran densidad de energía.
Tras largas investigaciones sobre las
baterías de litio durante la década del
ochenta, se descubrió que el ciclo de carga
altera el electrodo de litio reduciendo de
este modo su estabilidad, provocando una
enorme fuga térmica.
Si esto se produce, la temperatura de la
celda rápidamente se aproxima al punto de
fusión del litio, lo que desencadena una violenta reacción.
A causa de la inestabilidad inherente al
Metal - Litio, especialmente durante su carga,
las investigaciones se orientaron hacia la
búsqueda de una batería de Litio no metálico usando iones de litio como dióxido de
litio-cobalto (LiCoO2).
En las baterías de Ion-Litio el ánodo no
está formado por litio metálico sino por otro
material mucho más seguro, como por
ejemplo el grafito, capaz de almacenar
iones de litio en una forma menos reactiva
que la del litio metálico, sin un notable detrimento de su densidad energética.
La siguiente figura indica esquemáticamente el funcionamiento a nivel atómico de
este tipo de baterías.
Historia de las baterías de litio
El trabajo con baterías de litio empezó
en 1912 pero fue a principios de la década
del 70 cuando las primeras baterías no
recargables de litio fueron comercializadas.
Los intentos por desarrollar baterías de
litio recargables continuaron durante los
años ochenta, pero fallaron debido a problemas de seguridad.
El litio es el más liviano de todos los
metales, posee el mayor potencial electroquímico y es el mayor generador de energía.
Usando litio metálico como electrodo
negativo las baterías recargables son capaces de proveer alto voltaje y excelente
238
Durante la descarga de una batería
de Ion-Litio
Los iones litio (amarillos) cambian
espontáneamente del electrodo negativo
(negro) al electrolito (azul) y de éste al electrodo positivo (rojo).
El electrolito permite el paso de iones
pero no de electrones.
Al mismo tiempo, los electrones fluyen
espontáneamente del electrodo negativo al
positivo a través del único camino que les
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Pilas, acumuladores y baterías
dejamos libre: a través de nuestro circuito
eléctrico.
A medida que avanza la descarga, el
potencial (E) de cada electrodo cambia de
forma que su diferencia disminuye y cae
por tanto el voltaje de la celda (E) a medida que sacamos carga eléctrica (Q) de la
batería.
Durante la carga de una batería
de Ion-Litio
Bombeamos electrones en el electrodo
negativo y los extraemos del positivo.
Hacemos por tanto el electrodo negativo
más negativo y el positivo más positivo y
aumentamos así la diferencia de potencial
entre ellos, o, lo que es lo mismo, el voltaje
de la celda.
Este proceso fuerza también a los iones
litio a salir del electrodo positivo y a intercalarse en el negativo.
de baterías de Ion-Litio una de las actuaciones de más rápido crecimiento en el
mundo.
Han surgido varios tipos de baterías de
Ion-Litio.
La versión original usaba carbón como
electrodo negativo.
Desde 1997, la mayoría de los fabricantes de baterías de Ion-Litio se han volcado
al uso del grafito.
Este electrodo presenta una curva de
descarga de voltaje más plana que el carbón y ofrece un ángulo agudo de curva,
seguido por una rápida caída de voltaje.
Como consecuencia la energía útil del
sistema de grafito puede ser recuperada
descargándolo sólo hasta 3V, mientras que
la versión de carbón debe ser descargada
hasta los 2,5V para obtener igual respuesta.
Otros elementos químicos diferentes se
están utilizando para el electrodo positivo.
Son el cobalto y el manganeso.
Siempre empleamos más
energía en cargar la batería
de la que ésta nos da
durante la descarga.
La Naturaleza es así, pero uno de los
objetivos es minimizar esta diferencia.
Este gran avance no sólo representó la
introducción de una tecnología mucho más
segura, sino que introdujo ventajas adicionales como el excelente comportamiento
de reversibilidad durante los procesos de
carga y descarga que es característico
actualmente de las baterías de Ion-Litio.
Aunque con menos densidad de energía
que el metal Litio, el Ion-Li es más seguro,
si actuamos con ciertas precauciones en la
carga y en la descarga.
Aunque el cobalto ha sido muy usado, el
manganeso es inherentemente más seguro.
Los circuitos de protección pueden ser
simplificados o aún eliminados.
Como desventaja, el manganeso ofrece
una densidad de energía levemente menor,
sufre pérdida de capacidad a temperaturas
superiores a los 40°C y envejece más rápido que el cobalto.
A pesar de que las celdas de Ion-Litio
tienen algún impacto ambiental, causan
menos daño que las baterías basadas en
cadmio o plomo.
Entre la familia de baterías de Ion-Litio,
la de manganeso es la más noble.
Se pueden recargar hasta 2500 veces y
gracias a su bajo precio constituyen la
mejor alternativa en el mercado de la electrónica de consumo.
En 1991, se comercializó la primer batería de Ion-Litio.
Además de la alta densidad de energía y
el bajo peso, la autodescarga es menor a la
mitad de la que sufren las baterías de Ni-Cd
y Ni-MH
Otros fabricantes siguieron el ejemplo
siendo hoy la investigación y el desarrollo
Como aspectos negativos, las baterías
de Ion-Li requieren un circuito de protec-
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Pilas, acumuladores y baterías
ción para mantenerse actuando de forma
segura.
• Se degradan con el tiempo. Almacenar
en lugar frío al 40% de su carga.
La carga debe realizarse bajo estrictos
estándares.
• Capacidad de descarga moderada
(puede solucionarse con Packs en
Paralelo).
Asimismo, están sujetas al deterioro provocado por el paso del tiempo, aún cuando
no hayan sido usadas, porque…
• Limitaciones en su transporte (compañías aéreas).
• Precio superior a otras baterías.
El envejecimiento comienza al salir
de la línea de producción del fabricante.
• Tecnología en desarrollo.
Baterías de Polímero de Litio (Li-Po)
Los fabricantes están constantemente
mejorando las baterías de Litio, lo que abre
un futuro prometedor ante este problema
de la degradación química.
Para mejorar la duración de estas baterías debería tenerse en cuenta una serie de
recomendaciones en su almacenamiento
y uso:
• Almacenar a una temperatura de 15 grados.
• Almacenar con una carga de aproximadamente el 40%.
• No exceder las capacidades de descarga (Amperios).
• No sobrepasar limites de voltaje máximo y mínimo por célula.
• Evitar descargas completas de la batería.
Es mejor realizar descargas parciales.
• Evitar la compra de baterías fabricadas
un año atrás. Huir de las “gangas”
Ventajas:
• Alta densidad de energía.
• Poco peso.
• No necesitan de mantenimiento.
• No presentan efecto memoria.
• Baja descarga durante su almacenamiento.
Inconvenientes:
• Requiere un circuito de seguridad para
mantener los límites de voltaje máximo y
mínimo.
240
La batería de polímero de litio se diferencia del resto de las baterías por el electrolito usado.
El diseño original data de los años 70
usando un polímero sólido como electrolito.
Este electrolito se ensamblaba en un
recipiente plástico como una bolsa que no
conducía la electricidad, y que impedía el
paso de electrones.
El polímero sólido ofrece ventajas de
fabricación, permitiendo alcanzar grosores de 1 milímetro, lo que permite crear
baterías con el espesor de una tarjeta de
crédito.
Desafortunadamente el polímero sólido
sufre de baja conductividad debido a la alta
resistencia interna, por lo que no puede
ofrecer la suficiente capacidad de descarga, además de aumentar su temperatura
hasta cerca de 60 grados, lo que la hace
inviable para ciertas aplicaciones.
Para solucionar este problema se añadió
un gel al electrolito.
¿Cual es la diferencia entre una batería
de Ion-Litio y una de Polímero de Litio?
Aunque las características y prestaciones son similares, la batería de polímero es
única en cuanto a que un electrolito sólido
reemplaza a un separador poroso, el gel es
añadido para mejorar únicamente la conductividad.
Normalmente la capacidad de una batería Li-Po es menor que una de Ion-Litio. El
nombre real de una batería Li-Po es batería
de Polímero de Ion-Litio.
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Pilas, acumuladores y baterías
Ventajas:
Baterías de Ion-Litio: Mitos y Leyendas
• El espesor puede reducirse hasta grosores de 1 milímetro.
Transcribimos una serie de
consultas leídas sobre
baterías de Ion-Litio, de
contenido muy interesante.
• Pueden empaquetarse con cualquier
forma.
• Alta densidad de energía.
• Poco peso.
• Más seguras que las de Ion-Litio.
• No necesitan mantenimiento.
• No presentan efecto memoria.
• Baja descarga durante su almacenamiento.
• En pequeñas cantidades son inocuas
para el medio ambiente.
Inconvenientes:
• Requiere un circuito de seguridad para
mantener los límites de voltaje máximo y
mínimo.
¿Es verdad que antes de usar por primera vez mi dispositivo debo cargarlo
durante 10 a 12 horas?
NO.
Las baterías de Ion-Litio son mucho más
eficientes que las basadas en Níquel, por
lo que no requieren una carga inicial prolongada.
De hecho, ninguna batería Ion-Litio
actual requiere cargas superiores a 8 horas,
independientemente de las circunstancias.
• Se degradan con el tiempo.
• Deben almacenarse en lugar frío al 40%
de su carga
• Capacidad de descarga moderada comparada con Ni-Cd (puede solucionarse
con Packs en Paralelo)
• Precio superior a las baterías de IonLitio.
• Tecnología en desarrollo.
• Pueden explotar si se perforan.
NUNCA debe perforarse una batería de
Litio, ya que se produce una reacción química que puede provocar una explosión.
¿Es verdad que la batería debe pasar
varios ciclos de carga/descarga antes de
alcanzar su máximo rendimiento?
NO.
Las baterías de Ion-Litio no requieren un
periodo de “rodaje” debido a que su capacidad máxima está disponible desde el primer uso.
A una batería de Ion-Litio le es indiferente que una carga sea la número 1, 5 ó 50.
¿Es verdad que debo agotar por completo la batería antes de volver a cargarla
para mejorar su desempeño?
Rotundamente, NO.
Esta es una de las confusiones más
comunes legadas por el “efecto memoria”
que sufrían las baterías de Níquel-Cadmio
y, en menor medida, las Níquel-MetalHidruro.
La composición de las baterías de IonLitio hace preferibles las descargas parciales a una completa.
Peor aún, si son sometidas con frecuencia a pérdidas totales de energía, sus cir-
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Pilas, acumuladores y baterías
cuitos pueden interpretarlo como un fallo
que disparará un mecanismo de bloqueo.
resiste mejor el paso del tiempo con un
40% de su carga.
Un 80% a 90% de baterías consideradas ‘defectuosas’ llegan a servicios técnicos por este motivo.
Por ejemplo, una batería guardada a
temperatura ambiente con un 40% de
carga mantendrá un 96% de su capacidad
total después de un año; mientras que una
almacenada con el 100% de su carga sólo
retendrá el 80%, en igual periodo.
Pero hay una excepción: Las baterías de
dispositivos grandes, como los ordenadores portátiles, dotadas de válvulas de medición, pueden descalibrarse con el uso y dar
lecturas equivocadas.
Por ello es recomendable agotarlas
completamente una vez cada 30 ciclos, a
fin de que sus niveles vuelvan a cero.
¿Es perjudicial mantener la batería
conectada al cargador si ya ha completado la carga?
NO.
Contrariamente a las baterías de Ni-Cd
cuya permanencia prolongada en el cargador puede dañarlas e incluso provocar un
incendio, las baterías de Ion-Litio poseen
un circuito que corta el paso de energía una
vez que la carga se ha completado.
Usualmente, esto se indica por una luz en el
dispositivo.
Eso sí, siempre está la posibilidad de un
fallo o sobrecarga en el transformador, por
lo que tampoco se lo debe dejar conectado
a la red eléctrica en forma permanente.
En el caso de mi PDA o mi teléfono móvil,
¿da igual cargarlos usando el cargador
que el cable USB?
Según se informa en las instrucciones,
debe preferirse el uso del cargador pues
provee siempre el amperaje correcto.
El puerto USB de algunos ordenadores,
en especial los portátiles, no siempre mantendrán los 500mA requeridos, por lo que
se tardará hasta tres veces más en completar la carga.
Es por este motivo, que la mayoría de
los dispositivos traen de fábrica una
pequeña carga inicial: justo un 40%.
Lo que sí está claro es que una batería
de Ion-Litio nunca debe almacenarse descargada. Esta circunstancia puede provocarle un daño irrecuperable.
¿Cuánto dura una batería de Ion-Litio?
Si hablamos de su vida útil, cada vez se
introducen nuevas mejoras en la tecnología
por lo que, bien cuidadas, pueden durar
entre 500 a 1000 ciclos de carga-descarga,
lo que se traduce en un promedio de dos a
tres años (a partir de ese tiempo se produce desgaste químico).
Si hablamos de la duración de una
carga, entonces dependerá de las características de cada batería y dispositivo, pero
aquí tenemos siete medidas que nos ayudarán a maximizarla:
• Alejarlas del calor: Las baterías de IonLitio son sumamente susceptibles a las
altas temperaturas, por lo que utilizarla
en un ambiente fresco aumentará su
funcionalidad.
• Apagar las transmisiones inalámbricas: Los infrarrojos (IrDA), Bluetooth y
Wi-Fi son verdaderos vampiros de electricidad, siendo equivalentes a mantener
un teléfono móvil en uso todo el tiempo.
Debemos prescindir de estas funciones
cuando no sean necesarias.
No voy a usar mi dispositivo durante
algunos meses, ¿cómo debo almacenar
la batería?
• Evitar usar la unidad de CD o DVD: El
gasto no sólo corre por cuenta del láser,
sino también del motor que hace girar el
disco. Y mejor no hablar de los grabadores…
Según estudios conducidos por
BatteryUniversity, toda batería de Ion-Litio
• Reducir el brillo de la pantalla: Algunos
equipos lo hacen en forma automática
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Pilas, acumuladores y baterías
pues cuanta menos luz generen menos
energía demandarán.
¿Cuántas veces se puede recargar una
batería de Ni-Mh?
• Retirar las tarjetas de memoria o llaves
USB: No permitir que sus dimensiones
reducidas nos engañen, pues energizarlas requiere un flujo adicional de electricidad. Esto es especialmente válido para
dispositivos pequeños, como teléfonos
o PDAs.
Las baterías recargables están diseñadas para cargarse hasta 1000 veces en
condiciones adecuadas.
• Evitar usar aplicaciones de audio: Aún
con audífonos, la generación de sonido
requiere un gasto constante de energía.
Peor aún si se alimentan altavoces
externos.
Transcribimos la serie de
consultas sobre las otras
baterías de contenido también muy interesante.
Sin embargo, recordemos que el ciclo de
vida completo de una batería se altera debido las temperaturas de almacenamiento,
rapidez de carga y descarga, método de
control de carga, exposición a sobrecarga,
y condiciones varias.
Con un uso normal, las baterías Ni-Mh
deberían durar años, antes que el ciclo de
vida comience a deteriorarse.
¿Qué es un cargador inteligente?
Un cargador inteligente es aquel que utiliza un microprocesador para monitorear el
estado de la carga de la batería.
Esta información es utilizada por el cargador para determinar el momento más
oportuno para terminar de cargar.
¿Qué es el efecto memoria?
El efecto memoria es una pérdida en la
capacidad de la batería debido a repetidas
cargas y descargas que se efectúen en la
batería sin haberla descargado por completo previamente.
Este efecto era un problema con las primeras baterías recargables de Níquel
Cadmio (Ni-Cd) que hacía que perdieran su
duración útil mientras más se usaban, sin
embargo, ya no es un problema en las baterías de Níquel metal hidruro (NI-Mh).
¿Realmente cuál es la diferencia entre
baterías Ni-Cd y Ni-Mh?
Los dos tipos de batería son recargables, sin embargo la tecnología Ni-Cd es
una tecnología antigua, que no soporta cargas y descargas bruscas.
Por otro lado, la tecnología Ni-Mh brinda una mayor capacidad de carga y duración, no posee el indeseado efecto memoria y afecta en menor grado el medio
ambiente.
El mundo del automatismo electrónico
Con un buen control de carga, los cargadores inteligentes pueden cargar la batería
más rápido sin consecuencias negativas.
El problema de sobrecarga se minimiza y
por ende se alarga la vida de la batería.
Luego presentamos uno.
¿Puedo cargar pilas alcalinas en mi
nuevo cargador?
No.
Las baterías alcalinas no pueden ni
deben ser cargadas en ningún cargador.
El compuesto químico que las conforma
no está diseñado para recibir ninguna carga
de corriente, sus componentes se funden al
inyectar corriente entre sus polos en sentido inverso, por lo que la batería podría
explotar dentro del cargador causando
daños severos al mismo y al entorno.
¿Puedo usar mis antiguas baterías NI-Cd
en mi nuevo cargador?
Las baterías NI-Cd más antiguas no fueron diseñadas para las altas capacidades
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Pilas, acumuladores y baterías
de hoy en día, por lo que es probable que el
cargador no las cargue a su máxima capacidad o las recaliente en demasía.
Dispone de dos compartimentos
separados para una optimización de la
energía logrando una carga más eficiente
y ultrarrápida.
¿Por qué las baterías se calientan cuando las cargo?
Modo de descarga presionando el botón
amarillo. Cambia a modo de carga en forma
totalmente automática una vez completa la
descarga.
Es normal que las baterías se calienten
durante el ciclo de carga.
Esto es causado por la energía que el
cargador inyecta en la batería.
En general mientras más rápido se cargue la batería, más calor desprenderán.
Los cargadores inteligentes miden y
regulan este calentamiento mediante un
sensor que controla la temperatura.
Cargador universal inteligente
MW5798/N para pilas Ni-Cd y Ni-Mh
Corta automáticamente una vez que la
pila se cargue al máximo de su capacidad.
Para baterías 9V (8,4V Ni-Cd ó Ni-Mh) la
carga es estándar sin corte.
Modo de acondicionamiento profundo
para rescatar baterías dañadas por el efecto de la memoria.
Incluye transformador 230 V.
• Display con indicador de funciones:
LED Indication
Status
Charge / Ready
Discharge
Power On
Off
Off
Fast Charging
Red
Off
Trickle Charging
Green
Off
Discharge
Off
Yellow
• Descripción
Cargador descargador universal inteligente controlado por microprocesador.
Para pilas Ni-Cd / Ni-Mh tamaños: AA,
AAA, C, D y 9 V.
• Especificaciones Técnicas
Modelo
MW5798/N
Corriente de carga AA
800mA
Corriente de carga AAA
300mA
Corriente de carga 9V
El microprocesador controla el voltaje en
los extremos de la pila a cargar, acelerando
el proceso hasta la totalidad de la carga
20mA
(carga
estándar
sin corte)
Corriente de carga
por goteo AA
80mA
Detecta y analiza el nivel de voltaje
durante todo el proceso de carga.
Corriente de carga
por goteo AAA
30mA
• Especificaciones
Cargador, descargador universal inteligente controlado por microprocesador.
Puede cargar pilas y Baterías Ni-Cd o
Ni-Mh de todas las capacidades disponibles (dentro de los tamaños AA, AAA, C, D
y baterías 9Volts).
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Supervisión de carga
Dimensiones
203x148x75.5mm
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Pilas, acumuladores y baterías
Un problema, la baja capacidad
Restaurando la capacidad de las baterías
La cantidad de carga almacenada por
una batería decrece gradualmente con el
uso, el desgaste, con algunas reacciones
químicas, y por falta de mantenimiento.
La capacidad de las baterías de níquel
cadmio puede ser restaurada con una regeneración profunda.
Las baterías deben entregar el 100% de
su capacidad cuando son nuevas, pero
eventualmente necesitan ser reemplazadas
cuando la capacidad cae a un nivel del 70%
o 60%.
Normalmente, el 80% se usa como
umbral de garantía.
El almacenamiento de energía de los acumuladores puede ser dividido en tres secciones imaginarias: la energía disponible, la
zona vacía que puede ser rellenada, y la formación cristalina que no puede usarse.
La figura muestra estas tres secciones
en un elemento.
En los acumuladores de Ni-Cd, la formación cristalina es también conocida como
“efecto memoria".
Después de una descarga normal a un
voltio por celda (punto límite considerado
fin de descarga), la batería se descarga lentamente a una corriente mucho más reducida, hasta prácticamente cero voltios.
Conocido como "reacondicionamiento",
este método disuelve la formación cristalina, restablece la estructura química de la
celda y restaura efectivamente las baterías
de níquel.
Sin embargo, debe advertirse que alguna de estas baterías puede demostrar alta
auto-descarga porque la formación cristalina ha dañado la estructura.
Este problema es común en las baterías
más viejas.
Las baterías de litio-Ion no pueden regenerarse.
La pérdida de aceptación de carga de
baterías de litio-Ion se debe a la oxidación
de celdas y a la corrosión que ocurre naturalmente durante el uso y como parte del
desgaste.
La pérdida de capacidad es permanente
porque los metales usados en las celdas
están elegidos para operar solamente durante un período de tiempo específico, y se consumen durante la vida útil especificada.
La disminución del rendimiento en las
baterías de plomo es causada comúnmente por la sulfatación, es decir una pequeña
capa que se forma en las placas de las celdas y que inhibe el flujo de corriente.
Esto es así, en parte, por razones
ambientales, ya que algunos de los productos químicos utilizados para maximizar la
capacidad son altamente tóxicos.
En las baterías de plomo reguladas por
válvulas, el tema de la permeabilidad del
agua y la pérdida de electrolito también
entran en juego.
<- ZONA VACÍA
Puede rellenarse
<- ENERGÍA DISPONIBLE
<- ZONA NO UTILIZABLE
El mundo del automatismo electrónico
En el momento de la deposición, el nivel
de toxicidad disminuye a un nivel razonablemente bajo.
No hay información suficiente sobre el
ciclo de vida y proceso de desgaste de la
nueva batería de polímero de litio.
Las baterías de plomo se sulfatan si se
almacenan en condiciones de descarga o si
se dejan con baja tensión de flotación.
La recarga es difícil o casi imposible,
especialmente si la batería ha estado en
esa situación durante mucho tiempo.
A las baterías almacenadas se les debe
aplicar una carga de nivelación cada seis
meses o cuando la tensión de celda abierta
cae a 2,10 voltios.
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Pilas, acumuladores y baterías
¿Cómo funciona el comprobador
de pilas?
El comprobador de carga que incluyen
algunos fabricantes en los envases de sus
pilas se compone de una resistencia eléctrica y de un tubo capilar que contiene una
tinta termocrómica de color negro. Para
medir la carga de la pila, unimos sus polos
positivo y negativo, conectándolos entre sí
por medio de la resistencia. Ésta, como
todo material conductor, tiene la propiedad
de aumentar su temperatura en función de
la cantidad de corriente que la atraviesa.
Así, cuando por la resistencia circula
corriente eléctrica, incrementa su temperatura de forma que calienta la tinta
termocrómica, variando ésta su color del
negro al amarillo. Dependiendo de la carga
de la pila, la corriente que atraviesa la resistencia es de mayor o menor magnitud y por
tanto es mayor o menor su capacidad para
calentar la tinta, proporcionando sobre la
columna de medición del comprobador una
indicación bastante aproximada del nivel de
carga.
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Comprobadores universales de la carga
de las pilas
Sirven para verificar el grado de carga de
pilas o de acumuladores. Tienen una utilidad evidente pues permiten aprovechar al
máximo la energía disponible.
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El osciloscopio
EL OSCILOSCOPIO
No podemos evitar admirarlo.
¿Qué se pretende al describir
el funcionamiento de este equipo auxiliar de medida?
Figura en todo taller y laboratorio de electrónica que se precie.
No está de más hablar de
cómo funciona, aunque no tengamos nunca un equipo de
este porte en nuestras manos,
pero lo que se describe a continuación nos ayudará a fijar
ideas.
Sólo con leerlo, despacio, será
suficiente para entender cómo
está hecho y cómo funciona,
no hará falta más si no vamos a
dedicarnos a manejarlo.
Aún así nos planteará un mar
de dudas que tal vez nos animen a seguir insistiendo en su
conocimiento.
Si persiste ese interés, aconsejamos leer detenidamente las
instrucciones de cualquier aparato (alguien conocido que lo
tenga nos las puede dejar para
echar un vistazo).
etc.), mediciones que son posible realizar
con otro tipo de instrumentos, sino que
también permite observar el desarrollo en el
tiempo de dichos fenómenos eléctricos,
con lo cual se pueden conocer y estudiar en
forma más detallada.
Debido a esto, el osciloscopio sigue
siendo uno de los instrumentos de mayor
aplicación en el trabajo diario.
Fundamento teórico
Las partes fundamentales de un osciloscopio son:
• El tubo de rayos catódicos (TRC)
• El amplificador vertical
• La base de tiempo
• El circuito de disparo (Trigger)
• El amplificador horizontal
• El amplificador de control de intensidad
(Gate amplifier)
• La línea de retardo
La figura presenta el Diagrama de
Bloques de un osciloscopio básico.
No existe mejor texto que las
instrucciones del fabricante, si
están bien traducidas, claro.
¿Qué es un osciloscopio?
El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo.
Se trata del instrumento que ha producido mayor impacto, en la historia de las
mediciones eléctricas y electrónicas, debido a que sirve no solamente para medir
algunas variables de los fenómenos eléctricos (voltaje, corriente, frecuencia, período,
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Diagrama en bloques del osciloscopio.
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El osciloscopio
El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que
el eje horizontal, denominado X, representa
el tiempo.
¿Qué podemos hacer con un osciloscopio?
Cañón Electrónico
Pantalla
Contactos
Placas de
Deflexión
Básicamente esto:
• Determinar directamente el periodo y el
voltaje de una señal.
• Determinar indirectamente la frecuencia
de una señal.
• Determinar qué parte de la señal es DC
y cual AC.
• Localizar averías en un circuito.
• Medir la fase entre dos señales.
• Determinar qué parte de la señal es
ruido y cómo varía éste en el tiempo.
Los osciloscopios son de los instrumentos más versátiles que existen y lo utilizan
desde técnicos de reparación de televisores
a médicos.
Un osciloscopio puede medir un gran
número de fenómenos, provisto del transductor adecuado (elemento que convierte
una magnitud física en señal eléctrica) será
capaz de darnos el valor de una presión,
ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de
vibraciones en un coche, etc.
¿Qué tipos de osciloscopios existen?
Los equipos electrónicos se dividen en
dos tipos: Analógicos y Digitales.
Contrariamente, los osciloscopios digitales utilizan previamente un conversor
analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la
pantalla.
Ambos tipos tienen sus ventajas e
inconvenientes.
Los analógicos son preferibles cuando
es prioritario visualizar variaciones rápidas
de la señal de entrada en tiempo real.
Los osciloscopios digitales se utilizan
cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se
producen aleatoriamente).
¿Qué controles posee un osciloscopio
típico?
A primera vista un osciloscopio se parece a un pequeño televisor portátil, salvo una
rejilla que ocupa la pantalla y el mayor
número de controles que posee.
En la siguiente figura se representan
estos controles distribuidos en cinco secciones: Vertical. Horizontal. Disparo.
Control de la visualización. Conectores.
Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen
con variables discretas.
Por ejemplo un tocadiscos es un equipo
analógico y un Compact Disc es un equipo
digital.
Los Osciloscopios también pueden ser
analógicos ó digitales.
Los primeros trabajan directamente con
la señal aplicada, ésta una vez amplificada
desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor.
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El osciloscopio
¿Como funciona un osciloscopio?
Para entender el funcionamiento de los
controles que posee un osciloscopio es
necesario analizar los procesos internos llevados a cabo por este aparato.
Empezaremos por el tipo analógico ya
que es el más sencillo.
Sección Vertical
Cátodo
Amplificador
Vertical
CRT
Sección Horizontal
Sección
Disparo
Generador
Rampa
El retrazado (recorrido de derecha a
izquierda) se realiza de forma mucho más
rápida con la parte descendente del mismo
diente de sierra.
De esta forma la acción combinada del
trazado horizontal y de la deflexión vertical
traza la gráfica de la señal en la pantalla.
Osciloscopios analógicos
Atenuador
dente de un diente de sierra a las placas de
deflexión horizontal (las que están en posición vertical), y puede ser regulable en tiempo actuando sobre el mando TIME-BASE.
Amplificador
Horizontal
La sección de disparo es necesaria para
estabilizar las señales repetitivas (se asegura que el trazado comience en el mismo
punto de la señal repetitiva).
En la siguiente figura puede observarse
la misma señal en tres ajustes de disparo
diferentes: en el primero disparada en flanco ascendente, en el segundo sin disparo
y en el tercero disparada en flanco descendente.
Cuando se conecta la sonda a un circuito, la señal se dirige a la sección vertical.
Dependiendo de donde situemos el
mando del amplificador vertical atenuaremos la señal ó la amplificaremos.
En la salida de este bloque ya se dispone de la suficiente señal para atacar las placas de deflexión verticales (que naturalmente están en posición horizontal) y que
son las encargadas de desviar el haz de
electrones, que surge del cátodo e impacta
en la capa fluorescente del interior de la
pantalla, en sentido vertical.
Hacia arriba si la tensión es positiva con
respecto al punto de referencia (GND) ó
hacia abajo si es negativa.
La señal también atraviesa la sección de
disparo para de esta forma iniciar el barrido
horizontal (este es el encargado de mover el
haz de electrones desde la parte izquierda
de la pantalla a la parte derecha en un
determinado tiempo).
El trazado (recorrido de izquierda a derecha) se consigue aplicando la parte ascen-
El mundo del automatismo electrónico
Para utilizar de forma correcta un osciloscopio analógico necesitamos realizar
tres ajustes básicos:
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El osciloscopio
• La atenuación ó amplificación que necesita la señal.
datos que permite almacenar y visualizar la
señal.
Utilizar el mando AMPL. para ajustar la
amplitud de la señal antes de que sea
aplicada a las placas de deflexión vertical.
Cuando se conecta la sonda de un osciloscopio digital a un circuito, la sección vertical ajusta la amplitud de la señal de la
misma forma que lo hacia el osciloscopio
analógico.
Conviene que la señal ocupe una parte
importante de la pantalla sin llegar a
sobrepasar los límites.
El conversor analógico-digital del sistema de adquisición de datos muestrea la
señal a intervalos de tiempo determinados y
convierte la señal de voltaje continua en
una serie de valores digitales llamados
muestras.
• La base de tiempos.
Utilizar el mando TIMEBASE para ajustar
lo que representa en tiempo una división
en horizontal de la pantalla.
En la sección horizontal una señal de
reloj determina cuando el conversor A/D
toma una muestra.
Para señales repetitivas es conveniente
que en la pantalla se puedan observar
aproximadamente un par de ciclos.
La velocidad de este reloj se denomina
velocidad de muestreo y se mide en muestras por segundo.
• Disparo de la señal.
Utilizar los mandos TRIGGER LEVEL
(nivel de disparo) y TRIGGER SELECTOR (tipo de disparo) para estabilizar lo
mejor posible señales repetitivas.
Señal reconstruida
con puntos de
muestreo
Velocidad
de muestreo
Por supuesto, también deben ajustarse
los controles que afectan a la visualización:
FOCUS (enfoque), INTENS. (Intensidad)
nunca excesiva, Y-POS (posición vertical del
haz) y X-POS (posición horizontal del haz).
Los valores digitales muestreados se
almacenan en una memoria como puntos
de señal. El número de los puntos de señal
utilizados para reconstruir la señal en pantalla se denomina registro.
Osciloscopios digitales
La sección de disparo determina el
comienzo y el final de los puntos de señal
en el registro.
Los osciloscopios digitales poseen además de las secciones explicadas anteriormente un sistema adicional de proceso de
Pantalla
Sección Adquisición Datos
Sección Vertical
Atenuador
Proceso
Conversor
A/D
Amplificador
Vertical
Memoria
Sección
Visualización
Sección Horizontal
Sistema
muestreo
Sonda
Sección Disparo
Base de Tiempos
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El osciloscopio
La sección de visualización recibe estos
puntos del registro, una vez almacenados
en la memoria, para presentar en pantalla la
señal.
Dependiendo de las capacidades del
osciloscopio se pueden tener procesos adicionales sobre los puntos muestreados,
incluso se puede disponer de un predisparo, para observar procesos que tengan
lugar antes del disparo.
Para señales no repetitivas ó la parte
transitoria de una señal es el único método
válido de muestreo.
Los osciloscopios utilizan la interpolación para poder visualizar señales que son
más rápidas que su velocidad de muestreo.
Existen básicamente dos tipos de interpolación:
• Lineal: Simplemente conecta los puntos
muestreados con líneas.
Fundamentalmente, un osciloscopio
digital se maneja de una forma similar a uno
analógico, para poder tomar las medidas se
necesita ajustar el mando AMPL., el mando
TIMEBASE así como los mandos que intervienen en el disparo.
• Senoidal: Conecta los puntos muestreados con curvas según un proceso matemático, de esta forma los puntos intermedios se calculan para rellenar los espacios
entre puntos reales de muestreo.
Métodos de muestreo
Usando este proceso es posible visualizar
señales con gran precisión disponiendo de
relativamente pocos puntos de muestreo.
Se trata de explicar como se las arreglan
los osciloscopios digitales para reunir los
puntos de muestreo.
Para señales de lenta variación, los osciloscopios digitales pueden perfectamente
reunir más puntos de los necesarios para
reconstruir posteriormente la señal en la
pantalla.
No obstante, para señales rápidas (la
rapidez dependerá de la máxima velocidad
de muestreo de nuestro aparato) el osciloscopio no puede recoger muestras suficientes y debe recurrir a una de estas dos técnicas:
• Interpolación, es decir, estimar un punto
intermedio de la señal basándose en el
punto anterior y posterior.
• Muestreo en tiempo equivalente. Si la
señal es repetitiva es posible muestrear
durante unos cuantos ciclos en diferentes partes de la señal para después
reconstruir la señal completa.
Muestreo en tiempo real con interpolación.
El método Standard de muestreo en los
osciloscopios digitales es el muestreo en
tiempo real: el osciloscopio reúne los suficientes puntos como para reconstruir la
señal.
El mundo del automatismo electrónico
Señal reconstruida con
interpolación senoidal
Señal reconstruida con
interpolación lineal
Muestreo en tiempo equivalente
Algunos osciloscopios digitales utilizan
este tipo de muestreo.
Se trata de reconstruir una señal repetitiva capturando una pequeña parte de la
señal en cada ciclo.
Existen dos tipos básicos:
• Muestreo secuencial: Los puntos aparecen de izquierda a derecha en secuencia
para conformar la señal.
Señal reconstruida con
puntos de muestreo
1ª Adquisición
2ª Adquisición
3ª Adquisición
....
Nº Adquisición
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El osciloscopio
• Muestreo aleatorio: Los puntos aparecen aleatoriamente para formar la señal.
Términos utilizados al medir
Existe un término general para describir
un patrón que se repite en el tiempo: onda.
Existen ondas de sonido, ondas oceánicas,
ondas cerebrales y por supuesto, ondas de
tensión.
Un osciloscopio mide estas últimas.
Un ciclo es la mínima parte de la onda
que se repite en el tiempo.
Una forma de onda es la representación
gráfica de una onda.
Una forma de onda de tensión siempre
se presentará con el tiempo en el eje horizontal (X) y la amplitud en el eje vertical (Y).
La forma de onda nos proporciona una
valiosa información sobre la señal.
En cualquier momento podemos visualizar la altura que alcanza y, por lo tanto,
saber si el voltaje ha cambiado en el tiempo
(si observamos, por ejemplo, una línea horizontal podremos concluir que en ese intervalo de tiempo la señal es constante).
Con la pendiente de las líneas diagonales, tanto en flanco de subida como en flanco de bajada, podremos conocer la velocidad en el paso de un nivel a otro, pueden
observarse también cambios repentinos de
la señal (ángulos muy agudos) generalmente debidos a procesos transitorios.
Tipos de ondas
Se pueden clasificar las ondas en los
cuatro tipos siguientes:
naciones de señales senoidales de diferente amplitud y frecuencia se puede reconstruir cualquier forma de onda), la señal que
se obtiene de las tomas de corriente de
cualquier casa tienen esta forma, las señales de test producidas por los circuitos
osciladores de un generador de señal son
también senoidales, la mayoría de las fuentes de potencia en AC (corriente alterna)
producen señales senoidales.
La señal senoidal amortiguada es un
caso especial de este tipo de ondas y se
producen en fenómenos de oscilación, pero
que no se mantienen en el tiempo.
Onda senoidal
amortiguada
Onda senoidal
Ondas cuadradas y rectangulares
Las ondas cuadradas son básicamente
ondas que pasan de un estado a otro de
tensión, a intervalos regulares, en un tiempo muy reducido.
Son utilizadas usualmente para probar
amplificadores (esto es debido a que este
tipo de señales contienen en si mismas
todas las frecuencias).
La televisión, la radio y los ordenadores
utilizan mucho este tipo de señales, fundamentalmente como relojes y temporizadores.
Las ondas rectangulares se diferencian
de las cuadradas en no tener iguales los
intervalos en los que la tensión permanece
a nivel alto y bajo.
Son particularmente importantes para
analizar circuitos digitales.
• Ondas senoidales
• Ondas cuadradas y rectangulares
• Ondas triangulares y en diente de sierra.
Onda cuadrada
Onda rectangular
• Pulsos y flancos ó escalones.
Ondas senoidales
Son las ondas fundamentales y eso por
varias razones:
Poseen unas propiedades matemáticas
muy interesantes (por ejemplo con combi-
252
Ondas triangulares y en diente de sierra
Se producen en circuitos diseñados para
controlar voltajes linealmente, como pueden
ser, por ejemplo, el barrido horizontal de un
osciloscopio analógico ó el barrido tanto
horizontal como vertical de una televisión.
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El osciloscopio
Las transiciones entre el nivel mínimo y
máximo de la señal cambian a un ritmo
constante.
Estas transiciones se denominan rampas.
La onda en diente de sierra es un caso
especial de señal triangular con una rampa
descendente de mucha más pendiente que
la rampa ascendente.
La frecuencia se mide en hercios (Hz) y
es igual al número de veces que la señal se
repite en un segundo, es decir, 1Hz equivale a 1 ciclo por segundo.
Una señal repetitiva también posee otro
parámetro:
El periodo, definiéndose como el tiempo
que tarda la señal en completar un ciclo.
Periodo y frecuencia son recíprocos el
uno del otro:
Periodo:
T= 1/3 sg
Onda triangular
Onda en dientes de sierra
Frecuencia:
f= 1/T = 3 Hz
T
1
Pulsos y flancos ó escalones
Señales, como los flancos y los pulsos,
que sólo se presentan una sola vez, se
denominan señales transitorias.
Un flanco ó escalón indica un cambio
repentino en el voltaje, por ejemplo cuando
se conecta un interruptor de alimentación.
El pulso indicaría, en este mismo ejemplo, que se ha conectado el interruptor y en
un determinado tiempo se ha desconectado.
Generalmente el pulso representa un BIT
de información atravesando un circuito de
un ordenador digital ó también un pequeño
defecto en un circuito (por ejemplo un falso
contacto momentáneo).
Es común encontrar señales de este tipo
en ordenadores, equipos de rayos X y de
comunicaciones.
Flanco
Pulso
Segundo
• Voltaje
Voltaje es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito.
Normalmente uno de esos puntos suele ser
masa (GND, 0V), pero no siempre, por ejemplo se puede medir el voltaje pico a pico de
una señal (Vpp) como la diferencia entre el
valor máximo y mínimo de esta.
La palabra amplitud significa generalmente la diferencia entre el valor máximo de
una señal y masa.
• Fase
La fase se puede explicar mucho mejor
si consideramos la forma de onda senoidal.
La onda senoidal se puede extraer de la
circulación de un punto sobre un círculo de
360º.
Un ciclo de la señal senoidal abarca los
360º.
0º
90º
90º
180º
270º
360º
1
Medidas en las formas de onda
Ahora describimos las medidas más
corrientes para describir una forma de
onda.
• Periodo y Frecuencia
Si una señal se repite en el tiempo,
posee una frecuencia (f).
El mundo del automatismo electrónico
0º 360º 0º
180º
-1
270º
Cuando se comparan dos señales senoidales de la misma frecuencia puede ocurrir
que ambas no estén en fase, o sea, que no
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El osciloscopio
coincidan en el tiempo los pasos por puntos equivalentes de ambas señales.
En este caso se dice que ambas señales
están desfasadas, pudiéndose medir el
desfase con una simple regla de tres:
voltaje
intensidad
T/4
Se suele proporcionar en mV por división
vertical, normalmente es del orden de 5
mV/div (llegando hasta 2 mV/div).
Velocidad
Para osciloscopios analógicos esta
especificación indica la velocidad máxima
del barrido horizontal, lo que nos permitirá
observar sucesos más rápidos.
Suele ser del orden de nanosegundos
por división horizontal.
0
Exactitud en la ganancia
desfase = 90º
Siendo t el tiempo de retraso entre una
señal y otra.
¿Qué parámetros influyen en la calidad
de un osciloscopio?
Los términos que se definan a continuación nos permitirán comparar diferentes
modelos de osciloscopio disponibles en el
mercado.
Ancho de Banda
Especifica el rango de frecuencias en las
que el osciloscopio puede medir con precisión. Por convenio el ancho de banda se
calcula desde 0Hz (continua) hasta la frecuencia a la cual una señal de tipo senoidal
se visualiza a un 70,7% del valor aplicado a
la entrada (lo que corresponde a una atenuación de 3dB).
Tiempo de subida
Es otro de los parámetros que nos dará,
junto con el anterior, la máxima frecuencia
de utilización del osciloscopio.
Es un parámetro muy importante si se
desea medir con fiabilidad pulsos y flancos
(recordar que este tipo de señales poseen transiciones entre niveles de tensión muy rápidas).
Un osciloscopio no puede visualizar pulsos con tiempos de subida más rápidos
que el suyo propio.
Indica la precisión con la cual el sistema
vertical del osciloscopio amplifica ó atenúa
la señal.
Se proporciona normalmente en porcentaje máximo de error.
Exactitud de la base de tiempos
Indica la precisión en la base de tiempos
del sistema horizontal del osciloscopio para
visualizar el tiempo.
También se suele dar en porcentaje de
error máximo.
Velocidad de muestreo
En los osciloscopios digitales indica
cuantas muestras por segundo es capaz de
tomar el sistema de adquisición de datos
(específicamente el conversor A/D).
En los osciloscopios de calidad se llega a
velocidades de muestreo de Megamuestras/sg. Una velocidad de muestreo
grande es importante para poder visualizar
pequeños periodos de tiempo.
En el otro extremo de la escala, también se
necesita velocidades de muestreo bajas para
poder observar señales de variación lenta.
Generalmente la velocidad de muestreo
cambia al actuar sobre el mando TIMEBASE para mantener constante el número de
puntos que se almacenaran para representar la forma de onda.
Resolución vertical
Sensibilidad vertical
Indica la facilidad del osciloscopio para
amplificar señales débiles.
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Se mide en bits y es un parámetro que
nos da la resolución del conversor A/D del
osciloscopio digital.
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Página 255
El osciloscopio
Nos indica con que precisión se convierten las señales de entrada en valores digitales almacenados en la memoria.
Técnicas de cálculo pueden aumentar la
resolución efectiva del osciloscopio.
Longitud del registro
Indica cuantos puntos se memorizan en
un registro para la reconstrucción de la
forma de onda.
Algunos osciloscopios permiten variar,
dentro de ciertos límites, este parámetro.
Esto se consigue empleando cables de
alimentación con tres conductores (dos
para la alimentación y uno para la toma de
tierra).
El osciloscopio necesita, por otra parte,
compartir la misma masa con todos los circuitos bajo prueba a los que se conecta.
Algunos osciloscopios pueden funcionar
a diferentes tensiones de red y es muy
importante asegurarse que esta ajustado a
la misma de la que disponemos en las
tomas de tensión.
La máxima longitud del registro depende
del tamaño de la memoria de que disponga
el osciloscopio.
Una longitud del registro grande permite
realizar zooms sobre detalles en la forma de
onda de forma muy rápida (los datos ya han
sido almacenados), sin embargo esta ventaja es a costa de consumir más tiempo en
muestrear la señal completa.
Puesta en funcionamiento
Este capítulo describe los primeros
pasos para el correcto manejo del osciloscopio.
Poner a tierra
Una buena conexión a tierra es muy
importante para realizar medidas con un
osciloscopio.
Ponerse a tierra uno mismo
Si se trabaja en circuitos integrados (CI),
especialmente del tipo CMOS, es necesario
colocarse a tierra uno mismo.
Esto es debido a que ciertas partes de
estos circuitos integrados son susceptibles
de estropearse con la tensión estática que
almacena nuestro propio cuerpo.
Para resolver este problema se puede
emplear una correa conductora que se
conectará debidamente a tierra, descargando
la electricidad estática que posea su cuerpo.
Colocar a tierra el Osciloscopio
Por seguridad es obligatorio colocar a
tierra el osciloscopio.
Conectar a tierra
Si se produce un contacto entre un alto
voltaje y la carcasa de un osciloscopio no
puesto a tierra, cualquier parte de la carcasa, incluidos los mandos, puede producir
un peligroso shock.
Mientras que un osciloscopio bien colocado a tierra, la corriente, que en el anterior
caso nos atravesaría, se desvía a la conexión de tierra.
Ajuste inicial de los controles
Después de conectar el osciloscopio a la
toma de red y de alimentarlo pulsando en el
interruptor de encendido:
Para conectar a tierra un osciloscopio se
necesita unir el chasis del osciloscopio con
el punto de referencia neutro de tensión
(comúnmente llamado tierra).
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El osciloscopio
Es necesario familiarizarse con el panel
frontal del osciloscopio.
Todos los osciloscopios disponen de
tres secciones básicas que llamaremos:
Vertical, Horizontal, y Disparo.
Dependiendo del tipo de osciloscopio
empleado en particular, podemos disponer
de otras secciones.
Existen unos conectores BNC, donde se
colocan las sondas de medida.
La mayoría de los osciloscopios actuales
disponen de dos canales etiquetados normalmente como I y II (ó A y B).
El disponer de dos canales nos permite
comparar señales de forma muy cómoda.
Algunos osciloscopios avanzados poseen un interruptor etiquetado como AUTOSET ó PRESET que ajustan los controles en
un solo paso para acomodar perfectamente la señal a la pantalla.
Si un osciloscopio no posee esta característica, es importante ajustar los diferentes controles del aparato a su posición
estándar antes de proceder a medir.
• Colocar en posición calibrada el mando
variable de voltios/división (potenciómetro central).
• Desactivar cualquier tipo de multiplicadores verticales.
• Colocar el conmutador de entrada para
el canal I en acoplamiento DC.
• Colocar el modo de disparo en automático.
• Desactivar el disparo retardado al mínimo ó desactivado.
• Situar el control de intensidad al mínimo
que permita apreciar el trazo en la pantalla,
y el trazo de focus ajustado para una visualización lo más nítida posible (generalmente los mandos quedaran con la señalización cercana a la posición vertical).
Estos son los pasos más recomendables:
• Ajustar el osciloscopio para visualizar el
canal I. (al mismo tiempo se colocará
como canal de disparo el I).
Sondas de medida
• Ajustar a una posición intermedia la
escala voltios/división del canal I (por
ejemplo 1v/cm).
Con los pasos detallados anteriormente,
ya se está en condiciones de conectar la
sonda de medida al conector de entrada
del canal I.
Es muy importante utilizar las sondas
diseñadas para trabajar específicamente
con el osciloscopio.
Una sonda no es, ni mucho menos, un
cable con una pinza, sino que es un conector específicamente diseñado para evitar
ruidos que puedan perturbar la medida.
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El osciloscopio
Además, las sondas se construyen para
que tengan un efecto mínimo sobre el circuito de medida.
Cuando se utilicen este tipo de sondas
hay que asegurarse de la posición de este
conmutador antes de realizar una medida.
Esta facultad de la sondas recibe el
nombre de efecto de carga, para minimizarla se utiliza un atenuador pasivo, generalmente de x10.
Osciloscopio
Sonda 10X
Destornillador de ajuste
Caperuzón
con pinza
retráctil
Punta
intercambiable
conector de entrada
Conector BNC
Punta para ICs
Señal
calibración
Condensación
variable de
compensación
Pinza de cocodrilo desmontable para la masa
Compensación de la sonda
Este tipo de sonda se proporciona generalmente con el osciloscopio y es una excelente sonda de utilización general.
Para otros tipos de medidas se utilizan
sondas especiales, como pueden ser las
sondas de corriente ó las activas.
Sondas pasivas
La mayoría de las sondas pasivas están
marcadas con un factor de atenuación, normalmente 10X ó 100X.
Por convenio los factores de atenuación
aparecen con el signo X detrás del factor de
división.
En contraste los factores de amplificación aparecen con el signo X delante (X10 ó
X100).
La sonda más utilizada posiblemente
sea la 10X, reduciendo la amplitud de la
señal en un factor de 10.
Su utilización se extiende a partir de frecuencias superiores a 5 kHz y con niveles
de señal superiores a 10 mV.
Antes de utilizar una sonda atenuadora
10X es necesario realizar un ajuste en frecuencia para el osciloscopio en particular
sobre el que se vaya a trabajar.
Este ajuste se denomina compensación
de la sonda y consta de los siguientes
pasos.
• Conectar la sonda a la entrada del canal I.
• Conectar la punta de la sonda al punto
de señal de compensación (La mayoría
de los osciloscopios disponen de una
toma para ajustar las sondas, en caso
contrario será necesario utilizar un generador de onda cuadrada).
• Conectar la pinza de cocodrilo de la
sonda a masa.
• Observar la señal cuadrada de referencia
en la pantalla.
• Con el destornillador de ajuste, actuar
sobre el condensador de ajuste hasta
observar una señal cuadrada perfecta.
La sonda 1X es similar a la anterior pero
introduce más carga en el circuito de prueba, pero puede medir señales con menor
nivel.
Por comodidad de uso se han introducido sondas especiales con un conmutador
que permite una utilización 1X ó 10X.
El mundo del automatismo electrónico
Desajustada amplifica
mal altas frecuencias
Ajustada
Desajustada amplifica
mal bajas frecuencias
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El osciloscopio
Sondas activas
Proporcionan una amplificación antes de
aplicar la señal a la entrada del osciloscopio. Pueden ser necesarias en circuitos con
una señal de salida muy baja.
Este tipo de sondas necesitan para operar una fuente de alimentación.
Sondas de corriente
Potenciómetro de enfoque
Se trata de un potenciómetro que ajusta
la nitidez del haz sobre la pantalla.
Este mando actúa sobre las rejillas intermedias del CRT (G2 y G4) controlando la
finura del haz de electrones.
Se retocará dicho mando para una
visualización lo más precisa posible.
Los osciloscopios digitales no necesitan
este control.
Posibilitan la medida directa de las
corrientes en un circuito.
Las hay para medida de corriente alterna
y continua.
Poseen una pinza que abraza el cable a
través del cual se desea medir la corriente.
Al no situarse en serie con el circuito
causan muy poca interferencia en él.
Sistemas de visualización
Potenciómetro de intensidad de brillo
Se trata de un potenciómetro que ajusta
el brillo de la señal en la pantalla.
Este mando actúa sobre la rejilla más
cercana al cátodo del CRT (G1), controlando el número de electrones emitidos por
éste.
En un osciloscopio analógico si se
aumenta la velocidad de barrido es necesario aumentar el nivel de intensidad.
Por otra parte, si se desconecta el barrido horizontal es necesario reducir la intensidad del haz al mínimo (para evitar que el
bombardeo concentrado de electrones
sobre la parte interior de la pantalla deteriore la capa fluorescente que la recubre).
258
Resistencia de rotación del haz
Resistencia ajustable actuando sobre
una bobina y que nos permite alinear el haz
con el eje horizontal de la pantalla.
Campos magnéticos intensos cercanos
al osciloscopio pueden afectar a la orientación del haz.
La posición del osciloscopio con respecto al campo magnético terrestre también
puede afectar.
Los osciloscopios digitales no necesitan
este control.
Se ajustará dicha resistencia, con el
mando de acoplamiento de la señal de
entrada en posición GND, hasta conseguir
que el haz esté perfectamente horizontal.
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El osciloscopio
Potenciómetro de posición vertical
de la forma de onda
Este control consta de un potenciómetro
que permite mover verticalmente la forma de
onda hasta el punto exacto que se desee.
Cuando se está trabajando con una sola
señal el punto normalmente elegido suele
ser el centro de la pantalla.
Potenciómetro de mando variable
Se trata de un potenciómetro situado de
forma concéntrica al conmutador del amplificador vertical y podemos considerarlo como
una especie de lupa del sistema vertical.
Para realizar medidas es necesario
colocarlo en su posición calibrada.
Conmutador de acoplamiento
de la señal exterior a la entrada
Conmutador del factor de escala
del sistema vertical
Se trata de un conmutador con un gran
número de posiciones, cada una de las
cuales, representa el factor de escala
empleado por el sistema vertical.
Por ejemplo si el mando esta en la posición 2 voltios/div significa que cada una de las
divisiones verticales de la pantalla (aproximadamente de un 1 cm.) representan 2 voltios.
Las divisiones más pequeñas representaran una quinta parte de este valor, o sea,
0.4 voltios.
Se trata de un conmutador de tres posiciones que conecta eléctricamente a la
entrada del osciloscopio la señal exterior.
El acoplamiento DC deja pasar la señal
tal como viene del circuito exterior (es la
señal real).
El acoplamiento AC bloquea mediante
un condensador la componente continua
que posea la señal exterior.
El acoplamiento GND desconecta la
señal de entrada del sistema vertical y lo
conecta a masa, permitiéndonos situar el
punto de referencia en cualquier parte de la
pantalla (generalmente el centro de la pantalla cuando se trabaja con una sola señal).
La máxima tensión que se puede visualizar con el osciloscopio presentado y con
una sonda de 10X será entonces: 10 (factor
de división de la sonda) x 20 voltios/div
(máxima escala) x 8 divisiones verticales =
1600 voltios.
En la pantalla se representa una señal de
1Vpp tal como la veríamos en diferentes
posiciones del conmutador.
Conmutador de inversión
de la señal de entrada
Es un conmutador de dos posiciones en
forma de botón que permite en una de sus
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El osciloscopio
posiciones invertir la señal de entrada en el
canal I (existen otros osciloscopios que
invierten el canal II).
Modos de funcionamiento:
simple / dual / suma
Es un control formado por tres conmutadores de dos posiciones, en forma de botón,
que permite seleccionar entres tres modos
de funcionamiento: simple, dual y suma.
En el modo simple actuamos sólo sobre
el conmutador etiquetado como CH I/II.
Si no está pulsado visualizaremos la
señal que entra por el canal I y si lo está la
señal del canal II.
El modo dual se selecciona con el conmutador etiquetado DUAL.
Conmutador de modo de trazado
alternado / chopeado
Es un conmutador de dos posiciones,
en forma de botón, que permite, cuando
nos encontramos en modo DUAL, seleccionar el modo de trazado de las señales
en pantalla.
En el modo alternado se traza completamente la señal del canal I y después la del
canal II y así sucesivamente.
Si no está pulsado visualizaremos un
solo canal (esto dependerá del estado del
conmutador CH I/II) y si lo está visualizaremos simultáneamente ambos canales.
El modo suma se selecciona pulsando
el conmutador etiquetado I +II (si también lo
está el etiquetado como DUAL) y nos permite visualizar la suma de ambas señales
en pantalla.
Se utiliza para señales de media y alta
frecuencia (generalmente cuando el mando
TIMEBASE está situado en una escala de
0.5 msg. ó inferior).
En el modo chopeado el osciloscopio
traza una pequeña parte del canal I después otra pequeña parte del canal II, hasta
completar un trazado completo y empezar
de nuevo.
Se utiliza para señales de baja frecuencia (con el mando TIMEBASE en posición
de 1 msg. ó superior).
Potenciómetro de posición horizontal
Este control consta de un potenciómetro
que permite mover horizontalmente la
forma de onda hasta el punto exacto que se
desee.
Cuando se está trabajando con una sola
señal el punto normalmente elegido suele
ser el centro de la pantalla. (Para observar
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El osciloscopio
mejor el punto de disparo se suele mover el
trazo un poco hacia la derecha).
Conmutador de factor de escala
en barrido horizontal
Se trata de un conmutador con un gran
número de posiciones, cada una de las cuales, representa el factor de escala empleado
por el sistema de barrido horizontal.
Por ejemplo si el mando esta en la posición 1 msg/div significa que cada una de
las divisiones horizontales de la pantalla
(aproximadamente de un 1 cm.) representan 1 milisegundo.
Conmutador amplificador del
sistema horizontal
Este control consta de un pequeño conmutador en forma de botón que permite
amplificar la señal en horizontal por un factor constante (normalmente x5 ó x10).
Se utiliza para visualizar señales de muy
alta frecuencia (cuando el conmutador
TIMEBASE no permite hacerlo).
Hay que tenerlo en cuenta a la hora de
realizar medidas cuantitativas (habrá que
dividir la medida realizada en pantalla por el
factor indicado).
Las divisiones más pequeñas representaran una quinta parte de este valor, o sea,
200 µsg.
El osciloscopio presentado puede
visualizar un máximo de 2 sg en pantalla
(200 msg x 10 divisiones) y un mínimo de
100 nsg por división, si empleamos la
Amplificación (0.5 µsg / 5).
Sistema horizontal: XY
Este control consta de un pequeño conmutador en forma de botón que permite
desconectar el sistema de barrido interno
del osciloscopio, haciendo estas funciones
uno de los canales verticales (generalmente
el canal II).
Potenciómetro de mando variable
del sistema horizontal (lupa)
Se trata de un potenciómetro situado de
forma concéntrica al conmutador de la
base de tiempos y podemos considerarlo
como una especie de lupa del sistema horizontal.
Como veremos en el capítulo dedicado a
las medidas esto nos permite visualizar curvas de respuesta ó las famosas figuras de
Lissajous, útiles tanto para la medida de
fase como de frecuencia.
Para realizar medidas es necesario colocarlo en su posición calibrada.
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El osciloscopio
Conmutador para la inversión
del sentido del disparo
Este control consta de un conmutador
en forma de botón que permite invertir el
sentido del disparo.
Si está sin pulsar la señal se dispara
subiendo (flanco positivo +) y si lo pulsamos
se disparará bajando (flanco negativo -).
Es conveniente disparar la señal en el
flanco de transición más rápida.
Sistema de disparo: Acoplamiento
Debido a las muy diferentes señales que
se pueden presentar en electrónica, el osciloscopio presenta un conmutador con el
que podemos conseguir el disparo estable
de la señal en diferentes situaciones.
La gama de frecuencias ó tipos de señales que abarca cada posición del conmutador depende del tipo de osciloscopio (es
posible incluso que el osciloscopio tenga
otras posiciones, especialmente para tratar
las señales de televisión).
En la siguiente figura se especifica los
datos para un osciloscopio en particular.
Si se trata de otro modelo se deberá
consultar la información suministrada por el
fabricante, para actualizar esta tabla.
30 Hz - 1 MHz
TV - HOR
0 Hz 1 MHz
>1 MHz
< 1 kHz
TV - VERT
Potenciómetro de ajuste del nivel
de señal en modo manual
50 Hz
Se trata de un potenciómetro que permite en el modo de disparo manual, ajustar el
nivel de señal a partir del cual, el sistema de
barrido empieza a actuar.
Sistema de disparo exterior
Este ajuste no es operativo en modo de
disparo automático.
Esto permite sincronizar casi todas las
señales periódicas siempre que la altura de
la imagen supere un cierto valor (generalmente muy pequeño, del orden de media
división).
La situación normal es que sea el osciloscopio quien internamente dispare la
señal de entrada.
Para algunas señales complicadas, es
necesario dispararlas con otra señal procedente del mismo circuito de prueba.
Esto puede hacerse introduciendo esta
última señal por el conector etiquetado
TRIG. EXT. y pulsando también el botón que
le acompaña.
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El osciloscopio
Otros controles: Holdoff
Otros mandos: Línea de retardo
Podía traducirse como mantener (hold)
desconectado (off).
Tampoco es habitual encontrar dicho
mando en los osciloscopios de gama
media, baja. Sin embargo cuando deseamos amplificar un detalle que no se
encuentra cercano al momento del disparo,
necesitamos de alguna manera retardar
este último un determinado tiempo para
con el mando de la base de tiempos
poderlo amplificar.
Este control no está incluido en los osciloscopios de nivel bajo ó medio.
Se utiliza cuando deseamos sincronizar
en la pantalla del osciloscopio señales formadas por trenes de impulsos espaciados
en el tiempo.
Se pretende que el osciloscopio se dispare cuando el primer impulso del que
consta el tren alcance el nivel de tensión
fijado para el disparo, pero que exista una
zona de sombra para el disparo que cubra
los impulsos siguientes, el osciloscopio no
debe dispararse hasta que llegue el primer
impulso del siguiente tren.
Consta generalmente de un mando asociado con un interruptor, este último pone
en funcionamiento el sistema holdoff y el
mando variable ajusta el tiempo de sombra
para el disparo.
En la siguiente figura se observará mejor
el funcionamiento.
Esto es precisamente lo que realiza este
mando.
Consta de un conmutador de varias
posiciones que nos proporciona el tiempo
que el osciloscopio retarda la presentación
desde el momento que la señal se dispara,
este tiempo puede variar, dependiendo del
osciloscopio, desde algunas fracciones de
µsg a algunos centenares de msg; posee
también, y generalmente concéntrico con el
anterior, un mando variable para ajustar de
forma más precisa el tiempo anterior.
Y por último, un conmutador que en una
posición etiquetada como search indica al
osciloscopio que busque el punto a partir
sin holdoff se produciría el disparo
Puntos del disparo
Nivel del disparo
Holdoff (no se produce el disparo)
con holdoff
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sin holdoff
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El osciloscopio
del cual deseamos que se presente la señal
y otra posición etiquetada como delay que
fija la anterior posición y permite el uso de
la base de tiempos para amplificar el detalle deseado.
tamaño (cercano al cm), lo que forma una
pantalla más ancha que alta.
En las líneas centrales, tanto en horizontal como en vertical, cada división ó cuadro
posee unas marcas que la dividen en 5 partes iguales (utilizadas como veremos más
tarde para afinar las medidas)
TIMEBASE
Marcas (medida
flancos)
En este ejemplo si deseáramos amplificar el
pequeño impulso que aparece en el segundo
semiciclo positivo deberíamos ajustar el tiempo de retardo a: 2 x 5 = 1 msg
subdivisión
Técnicas de medida
Las dos medidas básicas que se pueden realizar con un osciloscopio son el voltaje y el tiempo, al ser medidas directas.
Algunos osciloscopios digitales poseen
un software interno que permite realizar las
medidas de forma automática.
Sin embargo, si aprendemos a realizar
medidas de forma manual, estaremos también capacitados para chequear las medidas automáticas que realiza un osciloscopio digital.
La pantalla
Fijémonos en la siguiente figura que
representa la pantalla de un osciloscopio.
Deberemos notar que existen unas marcas en la pantalla que la dividen tanto en
vertical como en horizontal, forman lo que
se denomina retícula ó rejilla.
La separación entre dos líneas consecutivas de la rejilla constituye lo que se denomina una división.
Normalmente la rejilla posee 10 divisiones horizontales por 8 verticales del mismo
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división
Algunos osciloscopios poseen marcas
horizontales de 0%, 10%, 90% y 100%
para facilitar la medida de tiempos de subida y bajada en los flancos (se mide entre el
10% y el 90% de la amplitud de pico a
pico).
Otros osciloscopios también visualizan
en su pantalla cuantos voltios representa
cada división vertical y cuantos segundos
representa cada división horizontal.
Medida de voltajes
Generalmente cuando hablamos de voltaje queremos realmente expresar la diferencia de potencial eléctrico, expresado en
voltios, entre dos puntos de un circuito.
Pero normalmente uno de los puntos
esta conectado a masa (0 voltios) y entonces simplificamos hablando del voltaje en el
punto A (cuando en realidad es la diferencia
de potencial entre el punto A y GND).
Los voltajes pueden también medirse de
pico a pico (entre el valor máximo y mínimo
de la señal).
Es muy importante que especifiquemos
al realizar una medida que tipo de voltaje
estamos midiendo.
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El osciloscopio
El osciloscopio es un dispositivo para
medir el voltaje de forma directa.
Otras medidas se pueden realizar a partir de esta por simple cálculo (por ejemplo,
la de la intensidad ó la potencia).
Los cálculos para señales CA pueden
ser complicados, pero siempre el primer
paso para medir otras magnitudes es
empezar por el voltaje.
Algunos osciloscopios poseen en la
pantalla un cursor que permite tomar las
medidas de tensión sin contar el número de
divisiones que ocupa la señal.
Básicamente el cursor son dos líneas
horizontales para la medida de voltajes y
dos líneas verticales para la medida de
tiempos que podemos desplazar individualmente por la pantalla.
La medida se visualiza de forma automática en la pantalla del osciloscopio.
Medida de tiempo y frecuencia
voltaje pico
voltaje pico
a pico
0 voltios
voltaje eficaz
Para realizar medidas de tiempo se utiliza la escala horizontal del osciloscopio.
Esto incluye la medida de periodos,
anchura de impulsos y tiempo de subida y
bajada de impulsos.
La frecuencia es una medida indirecta y
se realiza calculando la inversa del periodo.
En la figura anterior se ha señalado el
valor de pico Vp, el valor de pico a pico Vpp,
normalmente el doble de Vp y el valor eficaz
Vef ó VRMS (Root-Mean-Square, es decir la
raíz cuadrada de la media de los valores
instantáneos elevados al cuadrado) utilizada para calcular la potencia de la señal CA.
Al igual que ocurría con los voltajes, la
medida de tiempos será más precisa si el
tiempo objeto de medida ocupa la mayor
parte de la pantalla, para ello actuaremos
sobre el conmutador de la base de tiempos.
Realizar la medida de voltajes con un
osciloscopio es fácil, simplemente se trata
de contar el número de divisiones verticales
que ocupa la señal en la pantalla.
Si centramos la señal utilizando el
mando de posicionamiento vertical podemos utilizar las subdivisiones para realizar
una medida más precisa.
Ajustando la señal con el mando de posicionamiento horizontal podemos utilizar
las subdivisiones de la rejilla para realizar una
medida más precisa. (recordar que una subdivisión equivale generalmente a 1/5 de lo
que represente una división completa).
Es importante que la señal ocupe el máximo espacio de la pantalla para realizar medidas fiables, para ello actuaremos sobre el
conmutador del amplificador vertical.
Utiliza la linea
vertical central
para obtener
precisión
El mundo del automatismo electrónico
Utiliza la linea
horizontal central para obtener precisión
Medida de tiempos de subida
y bajada en los flancos
En muchas aplicaciones es importante
conocer los detalles de un pulso, en particular los tiempos de subida ó bajada de
éstos.
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El osciloscopio
Las medidas estándar en un pulso son su
anchura y los tiempos de subida y bajada.
Medida del desfase entre señales
El tiempo de subida de un pulso es la
transición del nivel bajo al nivel alto de voltaje. Por convenio, se mide el tiempo entre
el momento que el pulso alcanza el 10% de
la tensión total hasta que llega al 90%.
La sección horizontal del osciloscopio
posee un control etiquetado como X-Y, que
nos va a introducir en una de las técnicas
de medida de desfase (la única que podemos utilizar cuando solo disponemos de un
canal vertical en nuestro osciloscopio).
Así se eliminan las irregularidades en las
bordes del impulso.
El periodo de una señal se corresponde
con una fase de 360º.
Esto explica las marcas que se observan
en algunos osciloscopios (algunas veces
simplemente unas líneas punteadas).
El desfase indica el ángulo de atraso ó
adelanto que posee una señal con respecto
a otra (tomada como referencia) si poseen
ambas el mismo periodo.
La medida en los pulsos requiere un fino
ajuste en los mandos de disparo.
Para convertirse en un experto en la
captura de pulsos es importante conocer el
uso de los mandos de disparo que posea
nuestro osciloscopio.
Una vez capturado el pulso, el proceso
de medida es el siguiente: se ajusta actuando sobre el conmutador del amplificador
vertical y el mando variable asociado
hasta que la amplitud pico a pico del pulso
coincida con las líneas punteadas (ó las
señaladas como 0% y 100%).
Se mide el intervalo de tiempo que existe entre que el impulso corta a la línea señalada como 10% y el 90%, ajustando el conmutador de la base de tiempos para que
dicho tiempo ocupe el máximo de la pantalla del osciloscopio.
Ya que el osciloscopio sólo puede medir
directamente los tiempos, la medida del
desfase será indirecta.
Uno de los métodos para medir el desfase es utilizar el modo X-Y.
Esto implica introducir una señal por el
canal vertical (generalmente el I) y la otra
por el canal horizontal (el II). (Este método
solo funciona de forma correcta si ambas
señales son senoidales).
La forma de onda resultante en pantalla
se denomina figura de Lissajous (debido al
físico francés denominado Jules Antoine
Lissajous).
Se puede deducir la fase entre las dos
señales, así como su relación de frecuencias observando la siguiente figura.
Desfase
Relación f X:Y
Marcas (medida flancos)
Tiempo de subida
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